氮掺杂的石墨烯本身具有良好的电化学性能,制备的微球结构因具有大比表面积,电催化性能更加优异,作为超级电容器电极材料具有广泛的应用前景。旋转圆盘电极是测量材料电化学本征反应速率的一种常用方法,通过旋转运动产生的强迫对流,可在一定范围内消除浓差极化。然而采用经典电极动力学模型(Koutecky-Levich公式)得到的反应速率仍然受传质过程影响。且氮掺杂的石墨烯微球电极并非传统的平板电极,表面的多级孔隙结构也会形成传质限制,导致本征反应动力特性计算出现极大的偏差。本文针对本征反应动力学特性计算难的问题,采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)的方法,通过数值模拟传质和反应动力过程之间的竞争,重现电流密度随电压变化的实验曲线,获得更接近本征反应动力学的参数。主要研究内容及工作如下:1.对旋转圆盘电极内部的速度场进行了数值模拟,研究电极的水动力学特性。以旋转圆盘电极中心的轴向速度表征电解液的传质能力,分析电极尺寸和位置对旋转圆盘电极传质效率的影响;并通过对四个无量纲数的讨论,给出了旋转圆盘电极结构设计的优化准则。2.对旋转旋转圆盘电极表面及附近的浓度场进行了数值模拟,研究电极外部传质对电催化性能的影响。基于NS方程建立了包含详细传质过程的电极动力学模型,对电极表面及其周围流体的速度场与组分的浓度场进行了精细化求解。通过重现电流密度随电压变化的实验曲线,获取电极的本征反应动力学参数。进一步,将该值与经典K-L公式获取的反应动力学参数相比较,给出其电压适用范围及反应速率常数的修正方法。3.对多级孔隙结构电极内部浓度场进行了数值模拟,研究电极内部的传质对电催化性能的影响。构建四种理想化的几何模型,以无量纲数Thiele模数表征传质与反应的竞争关系。对Thiele模数在不同结构特征的形式进行了分析,给出了外部多级孔隙结构Thiele模数的改进公式。