Maximale Stromdichte bei der Reduktion des Bromatanions auf einer rotierenden Scheibenelektrode: Asymptotisches Verhalten bei großen Dicken der Diffusionsschicht

Die Reduktion des Bromatanions auf einer rotierenden Scheibenelektrode (RDE) im stationären Modus aufgrund des katalytischen Zyklus, der aus einem reversiblen Brom / Bromid-Redoxpaar und einer irreversiblen Gegenproportionierungsreaktion besteht, wurde theoretisch untersucht. Da der Zyklus autokatalytisch ist (EC“ -Mechanismus: Electrochim. Acta, 2015, vol. 173, S. 779), bei hohen Volumenkonzentrationen von Bromat kann der Durchgangsstrom auch bei sehr geringen Volumenkonzentrationen von Brom große Werte erreichen, die durch den endgültigen Diffusionsstrom von Bromat durch die Diffusionsschicht begrenzt sind. Im Gegensatz zu früheren theoretischen Studien dieses Prozesses haben wir zur numerischen Lösung des Satzes nichtlinearer Gleichungen mit Randbedingungen für Konzentrationen das COMSOL Multiphysics-Programmpaket verwendet, mit dem die Lösung sowohl für den galvanostatischen Modus (bei einer gegebenen Stromdichte) als auch für die maximale Stromdichte gefunden werden kann. Dies ermöglichte es uns, das Verhalten der maximalen Stromdichte für den Fall einer sehr hohen Dicke der Diffusionsschicht und einer sehr hohen Reaktionsgeschwindigkeitskonstante zu untersuchen. In diesem Modus wurde festgestellt, dass das Verhältnis des maximalen Stroms zum Grenzdiffusionsstrom der Reduktion des Bromatanions zu Brom nicht nur die erwartete Einheit, sondern auch den „kritischen“ Wert von 1 überschreitet.2, was formal dem Grenzdiffusionsstrom seiner Reduktion zum Bromidanion entspricht (obwohl das eigentliche Endprodukt Brom ist), und dieser Grenzwert hängt von den Volumenkonzentrationen sowohl von Bromat als auch von Brom ab.

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