Karbon kvant nöqtələri (carbon quantum dots, CQDs) bu tədqiqatda limon qabığı tullantısından hidrotermal üsulla sintez edilən və yenidən doldurula bilən sink–hava batareyasının 6 M KOH elektrolitinə nanomaterial əlavəsi kimi əlavə olunan nanometr miqyaslı karbon hissəcikləridir. Tədqiqatın məqsədi CQD-lərin sink/elektrolit interfeysini dəyişdirərək parazitik hidrogen ayrılması reaksiyasını (hydrogen evolution reaction, HER) ləngidib-ləngitmədiyini, sink korroziyasını azaldıb-azaltmadığını və bunun real sink–hava tam hüceyrəsinin doldurma–boşaltma davranışına necə təsir etdiyini eksperimental olaraq araşdırmaqdır.

Tədqiqatda limon qabığından istehsal edilən CQD-lərin orta TEM hissəcik diametri 7,41 ± 2,48 nm müəyyən edilmişdir. FTIR analizi CQD səthində hidroksil, karbonil/karboksil və C–O/C–O–C tipli oksigen tərkibli funksional qrupların olduğunu göstərmişdir. Bu səth kimyası tədqiqatçıların elektrolit interfeysində yük paylanmasının və CQD-lərin sulu qələvi mühitdə dispersiya qabiliyyətinin dəyişməsini izah etmək üçün istifadə etdikləri əsas amildir.

Təmiz 6 M KOH elektrolitinin zeta potensialı −28,2 mV olduğu halda 0,5, 1,0 və 1,5 mg CQD əlavə edildikdə müvafiq olaraq +45,4, +48,5 və +40,4 mV ölçülmüşdür. İon keçiriciliyi isə təmiz KOH üçün 460 mS cm⁻¹, 0,5 mg CQD üçün 488 mS cm⁻¹, 1,0 mg üçün 478 mS cm⁻¹ və 1,5 mg üçün 453 mS cm⁻¹ olmuşdur. Bu nəticələr CQD miqdarı artdıqca birtərəfli yaxşılaşma olmadığını, aşağı–orta yükləmələrdə interfeys və ion daşınmasının faydalı şəkildə dəyişdiyini, həddindən artıq yükləmədə isə hissəcik qarşılıqlı təsiri və qismən aqreqasiyanın üstünlükləri azalda biləcəyini göstərir.

HER təcrübələrində CQD miqdarı artdıqca hidrogen ayrılması getdikcə çətinləşmişdir. Məqalənin istifadə etdiyi təqdimata görə HER onset potential 146 mV-dən 217, 282 və 291 mV-yə; 10 mA cm⁻² cərəyan sıxlığındakı overpotential 398 mV-dən 434, 463 və 477 mV-yə; Tafel meyli isə 82 mV dec⁻¹-dən 113, 126 və 130 mV dec⁻¹-ə yüksəlmişdir. Buna görə 1,5 mg CQD HER-in basdırılması baxımından araşdırılan ən güclü şəraitdir.

Bununla belə, korroziya sınaqlarında ən yaxşı nəticə 1,0 mg CQD-də əldə edilmişdir. Charge-transfer resistance \(R_{ct}\) təmiz 6 M KOH-da 1,35 Ω olduğu halda 1,0 mg CQD tərkibli elektrolitdə 3,80 Ω-a yüksəlmiş və mənbədə bildirilən maksimum corrosion inhibition efficiency %64,47 olmuşdur. 1,5 mg CQD-də \(R_{ct}\) 3,26 Ω-a, inhibisiya səmərəliliyi isə %58,59-a enmişdir. Buna görə tədqiqatçılar 1,0 mg yükləməni HER-in basdırılması, korroziyanın qarşısının alınması, kolloid sabitliyi və ion daşınması arasında ən yaxşı ümumi tarazlıq kimi qiymətləndirmişlər.

1,0 mg CQD tərkibli elektrolitlə qurulan laboratoriya miqyaslı sink–hava tam hüceyrəsində doldurma/boşaltma cut-off gərginlikləri təxminən 1,55/1,10 V, təmiz 6 M KOH hüceyrəsində isə təxminən 1,80/0,70 V ölçülmüşdür. Beləliklə, doldurma–boşaltma gərginlik fərqi təxminən 1,10 V-dən 0,45 V-yə daralmışdır. Orta işləmə güc sıxlığı da təxminən 4,5 mW cm⁻²-dən 5,5 mW cm⁻²-ə yüksəlmişdir; mənbə bunu təxminən %22 güc artımı kimi bildirir.

Bu nəticələr ümidverici olsa da, tədqiqatın məhdudiyyəti mühümdür. Araşdırma laboratoriya miqyaslı hüceyrələr üzərində aparılmışdır; Figure 7 təxminən 14 saatlıq galvanostatic cycling pəncərəsi göstərir. Buna görə nəticələr aylarla və ya illərlə batareya ömrünü, kütləvi istehsal şəraitini və ya kommersiya sink–hava sistemlərində eyni performansın qorunacağını sübut etmir. Bundan əlavə, müəlliflərin CQD-lərin elektrik ikiqat təbəqəsini və sink səthini necə tənzimlədiyinə dair mexanizmi eksperimental nəticələrlə uyğun gələn təklif edilmiş ağlabatan mexanizmdir; atom miqyasında birbaşa təsdiqlənmiş yeganə mexanizm kimi təqdim edilməməlidir.

Karbon kvant nöqtələri bu tədqiqatda dəqiq olaraq nə edir?

Karbon kvant nöqtələri bu tədqiqatda batareyanın aktiv elektrodu deyil, elektrolit əlavəsi rolunu oynayır; 6 M KOH daxilində dispers olunmuş nanokarbon hissəcikləri vasitəsilə sink/elektrolit interfeysinin yük paylanmasını, ion daşınmasını və charge-transfer kinetics-i dəyişdirərək HER və korroziyanı azaltmağı hədəfləyir.

“Kvant nöqtəsi” ifadəsi nə deməkdir?

Karbon kvant nöqtələri bir neçə nanometr ölçülü karbon əsaslı hissəciklərdir. “Quantum dot” adı nanometr miqyasındakı elektron quruluş və optik xüsusiyyətlərlə əlaqəlidir; lakin bu məqalənin əsas ölçmələri quantum coherence, qubit davranışı və ya kvant hesablaması haqqında deyil.

Tədqiqatda CQD-lərin elektrolit əlavəsi kimi təsirini izah etmək üçün xüsusilə aşağıdakı xüsusiyyətlər vurğulanır:

• nanometr miqyaslı ölçü,
• yüksək səth/hissəcik nisbəti,
• oksigen tərkibli səth funksiyaları,
• sulu qələvi mühitdə dispersiya qabiliyyəti,
• elektrokimyəvi interfeyslə güclü qarşılıqlı təsir.

Məqalə CQD-lərin elektron band gap-ını ölçməmiş, quantum-confinement enerjisini hesablamamış və fotolüminessensiya kvant çıxımını bildirməmişdir. Buna görə bu tədqiqatdakı batareya yaxşılaşmasını “kvant məhdudlaşması birbaşa HER-i dayandırdı” kimi izah etmək mənbədən kənara çıxmaq olardı. Eksperimental şərh əsasən səth kimyası və elektrokimyəvi interfeysin tənzimlənməsi üzərində qurulmuşdur.

CQD-lər hansı ölçüdədir?

TEM görüntülərindən aparılan hissəcik ölçüsü analizində orta diametr:

\[ d_{\mathrm{CQD}}=7.41\pm2.48\ \mathrm{nm} \]

olaraq müəyyən edilmişdir.

Buradakı 7,41 nm ölçülmüş orta hissəcik diametrini, ±2,48 nm isə mənbədə bildirilən paylanma genişliyini/qeyri-müəyyənlik dəyərini ifadə edir. TEM görüntülərində hissəciklərin quasi-spherical olduğu, lakin aydın aqreqasiya da göstərdiyi bildirilmişdir.

CQD səthində hansı kimyəvi qruplar müşahidə edildi?

Müəlliflər FTIR zolaqlarının genişliyini karbon quruluşunun tam qrafitləşmədiyinə və aşağı temperaturlu hidrotermal istehsalın amorf/turbostratik karbon quruluşu ilə uyğun olduğuna işarə edən müşahidə kimi qiymətləndirirlər.

Burada mühüm metod məhdudiyyəti var: FTIR funksional qrupların mövcudluğu barədə məlumat verir, lakin səthdəki elementlərin dəqiq rabitə vəziyyətlərini və miqdarlarını təkbaşına tam həll edə bilməz. Məqalənin özü də XPS və Raman spectroscopy kimi tamamlayıcı üsulların surface composition və structural disorder haqqında daha ətraflı məlumat verəcəyini açıq şəkildə bildirir.

UV–Vis spektri nə göstərdi?

CQD tərkibli KOH elektrolitlərində ultrabənövşəyi sahədə güclü absorption və görünən sahəyə qədər uzanan geniş absorption tail müşahidə edilmişdir.

Təxminən 230–280 nm intervalındakı band mənbə tərəfindən:

\(\pi\rightarrow\pi^\ast\)

keçidləri, yəni sp² C=C carbon domains ilə əlaqələndirilmişdir.

Görünən sahəyə uzanan geniş absorption isə C=O və C–O kimi oxygen-containing surface states ilə əlaqəli:

\(n\rightarrow\pi^\ast\)

keçidləri ilə izah edilmişdir.

CQD miqdarı artdıqca absorption intensity artmışdır. Kəskin absorption edge görülməməsi isə müəlliflər tərəfindən disordered carbon domains və heterogeneous surface states ilə uyğun hesab edilmişdir.

Sink–hava batareyasında hidrogen ayrılması reaksiyası niyə problem yaradır?

Sink–hava batareyasının güclü qələvi mühitində sink anod arzu olunan sink redoks reaksiyalarında iştirak edərkən suyun reduksiyası nəticəsində parazitik hidrogen qazı da yarana bilər; bu yan reaksiya elektroliti sərf edə, sinki korroziyaya uğrada, səth passivasiyasını və dendrit yaranmasını təşviq edərək batareya tutumunun daha sürətlə pisləşməsinə töhfə verə bilər.

Mənbə Zn/Zn²⁺ üçün tipik elektrod potensialını −1,26 V vs. SHE və pH 14-də water reduction üçün −0,83 V vs. SHE kimi verir. Sinkin daha mənfi potensialına görə güclü qələvi şəraitdə HER termodinamik baxımdan mümkün yan prosesdir.

Sink–hava batareyasında yalnız anod tərəfi problemli deyil. Air cathode-da discharge zamanı oxygen reduction reaction (ORR), charge zamanı oxygen evolution reaction (OER) baş verir və bu reaksiyaların yavaş kinetikası da sistem performansını məhdudlaşdırır. Bununla belə, bu məqalənin əsas tədqiqat fokusunu zinc anode–electrolyte interface, HER və zinc corrosion təşkil edir.

HER ölçümü birbaşa sink səthində aparılıbmı?

Xeyr. Bu məqam təcrübənin düzgün şərhi baxımından vacibdir.

HER LSV və Tafel təcrübələrində işlək elektrod kimi 3 mm glassy-carbon electrode üzərinə:

• 5 mg %20 Pt/C,
• 50 µL Nafion,
• 100 µL ethanol

tərkibli catalyst ink drop-cast edilmişdir.

Counter electrode Pt foil, reference electrode Ag/AgCl-dir.

Buna görə Table 2-dəki HER onset, \(\eta_{10}\) və Tafel-slope dəyişiklikləri CQD-modified electrolyte-nin Pt/C katalitik səthində HER davranışını necə dəyişdirdiyini göstərir.

Sink üzərindəki korroziya təsiri isə ayrıca potentiodynamic-polarisation və EIS təcrübələri ilə zinc foil işlək elektrod istifadə edilməklə araşdırılmışdır.

Bu iki təcrübə qrupu bir-birini tamamlayır, lakin eyni təcrübə deyil.

Zeta potensialının −28,2 mV-dən +48,5 mV-yə dəyişməsi nəyi göstərir?

Zeta potensialının işarə və qiymət dəyişikliyi CQD əlavəsinin hissəciklərin/interfeysin elektrostatik mühitini güclü şəkildə dəyişdirdiyini və 1,0 mg yükləmədə CQD dispersiyasının mənbə tərəfindən ən sabit şərait kimi qiymətləndirilən vəziyyətə çatdığını göstərir.

Mənbə təmiz KOH-dakı mənfi zeta potensialını electrical double layer daxilində OH⁻ ionlarının üstünlüyü ilə əlaqələndirir.

CQD əlavəsindən sonra güclü müsbət dəyərlərə keçid isə müəlliflər tərəfindən CQD səthindəki protonated/charged functionalities, cation adsorption və functionalised carbon surface ətrafında electrical-double-layer yaranması ilə izah edilir.

Bu şərh səth kimyası baxımından ağlabatandır, lakin tədqiqatda səthdə adsorbsiya olunmuş müəyyən ion növlərini birbaşa atom miqyasında göstərən in situ spectroscopy aparılmayıb. Buna görə hansı ionun hansı funksional qrupa hansı rabitə həndəsəsi ilə bağlandığı eksperimental olaraq həll edilməyib.

Niyə 0,5 mg-da ion keçiriciliyi artır, 1,5 mg-da isə azalır?

Mənbənin şərhinə görə aşağı CQD yükləməsində solid–liquid interface ətrafındakı ion dispersion, ion hopping və local charge redistribution ion daşınmasını asanlaşdıra bilər. Bunun nəticəsində conductivity:

\[ 460\rightarrow488\ \mathrm{mS\,cm^{-1}} \]

şəklində artmışdır.

Lakin CQD miqdarı artdıqca hissəcik–hissəcik qarşılıqlı təsirləri və partial aggregation arta bilər. 1,5 mg-da zeta potensialının +48,5 mV-dən +40,4 mV-yə enməsi və conductivity-nin 453 mS cm⁻¹-ə düşməsi bu şərhi dəstəkləyən tapıntılar kimi təqdim edilir.

Buna görə “daha çox CQD həmişə daha yaxşı elektrolitdir” nəticəsi düzgün deyil.

HER onset potensialı, overpotential və Tafel meyli nəyi ölçür?

HER onset potensialı hidrogen ayrılmasının nəzərəçarpacaq hala gəldiyi potensial sahəsini, \(\eta_{10}\) 10 mA cm⁻²-ə çatmaq üçün tələb olunan əlavə elektrokimyəvi sürücünü, Tafel meyli isə cərəyanın potensialla nə qədər sürətlə dəyişdiyini və reaksiya kinetikasının nə qədər asan və ya çətin irəlilədiyini xarakterizə edir.

Mənbədə bütün bu dəyərlər müsbət mV qiymətləri kimi bildirildiyinə görə Verianla eyni təqdimatı qoruyur.

CQD miqdarı artdıqca eyni HER cərəyan sıxlığına çatmaq üçün daha çox electrochemical driving force tələb olunması HER-in çətinləşdiyini göstərir.

Ən yüksək \(\eta_{10}\) və ən yüksək Tafel slope 1,5 mg CQD şəraitində müşahidə edilir. Buna görə yalnız HER suppression hədəflənirsə, 1,5 mg ən güclü sistemdir.

Tafel meylinin 120 mV dec⁻¹ ətrafına çıxması nə deməkdir?

Müəlliflər qələvi mühitdə təxminən 120 mV dec⁻¹ səviyyəsində Tafel slopes-un Volmer-limited mechanism ilə əlaqələndirilə biləcəyini bildirirlər.

Volmer mərhələsi qələvi HER-in ilkin water dissociation və surface hydrogen adsorption mərhələsini ifadə edir. Buna görə 113–130 mV dec⁻¹ intervalına yüksələn slopes müəlliflər tərəfindən CQD-lərin su molekulunun ilk adsorption/activation mərhələsini çətinləşdirdiyini göstərən dəlil kimi şərh edilmişdir.

Lakin Tafel slope təkbaşına mexanizmin atom səviyyəsində qəti şəkildə Volmer mərhələsi ilə məhdud olduğunu sübut etmir. Mənbənin dili də bunu “associated with” və “suggests” səviyyəsində ifadə edir.

Sink korroziyasının azaldığı necə göstərildi?

Sink korroziyası potentiodynamic polarisation, electrochemical impedance spectroscopy və SEM ilə araşdırılmış; CQD tərkibli elektrolitlərdə korroziya cərəyanının azalması, Nyquist yarımdairəsinin və charge-transfer resistance-ın böyüməsi və sink səthinin daha kompakt qalması korroziyanın basdırıldığını dəstəkləmişdir.

Charge-transfer resistance nə deməkdir?

Electrochemical impedance spectroscopy-də \(R_{ct}\), electrode/electrolyte interface üzərindən charge-transfer reaction-ın qarşılaşdığı effektiv müqavimətlə əlaqəlidir.

Bu təcrübədə:

\[ R_{ct,\mathrm{KOH}}=1.35\ \Omega \]

olduğu halda CQD əlavəsi ilə:

\[ 2.97,\ 3.80,\ 3.26\ \Omega \]

dəyərləri əldə edilmişdir.

Ən yüksək dəyər:

\[ R_{ct}=3.80\ \Omega \]

ilə 1,0 mg CQD şəraitindədir.

Korroziya kimi arzuolunmaz faradaic charge-transfer processes baxımından daha böyük \(R_{ct}\), interfeys üzərindən reaksiyanın çətinləşdiyini və corrosion kinetics-in ləngidiyini dəstəkləyən göstəricidir.

Korroziya inhibisiya səmərəliliyi necə hesablandı?

Mənbə Equation (1)-i:

\[ R_P= \frac{R_{ct}-R'_{ct}}{R_{ct}} \tag{1} \]

şəklində verir.

Burada:

• \(R_{ct}\): CQD tərkibli elektrolitdə ölçülən charge-transfer resistance,
• \(R'_{ct}\): pristine 6 M KOH daxilində charge-transfer resistance,
• \(R_P\): mənbə tənliyində inhibitor-efficiency ratio-dur.

Table 3 nəticəsi faiz kimi bildirildiyinə görə faiz qarşılığı:

\[ R_P(\%)= \frac{R_{ct}-R'_{ct}}{R_{ct}}\times100 \]

şəklində oxunmalıdır.

Məsələn, 1,0 mg CQD üçün:

\[ R_P= \frac{3.80-1.35}{3.80} = 0.6447 \]

və:

\[ R_P(\%)\approx64.47\%. \]

Buradakı ×100 təqdimatı Table 3-dəki faiz dəyərini izah etmək üçün lazımdır. Mənbə PDF-dəki Equation (1) təsvirində ×100 faktoru görünən şəkildə yazılmayıb; buna görə bu məqam mənbə təqdimatındakı vahid/faiz aydınlığı kimi qorunmalıdır.

Mənbədaxili işarə qeydi: Table 3 və mətn \(E_{\mathrm{corr}}\) dəyərlərini müsbət 1,58–1,50 V kimi verir. Buna qarşılıq mənbə Figure 4a-nın “Potential (V) vs RHE” oxu korroziya sahələrini təxminən −1,6 ilə −1,5 V arasında göstərir. Məqalə bu işarə fərqini izah etmir. Verianla cədvəl dəyərlərini mənbədə yazıldığı kimi qoruyur və işarəni özbaşına dəyişdirmir.

SEM səth görüntüləri nə göstərdi?

Pristine zinc foil polarisation-dan əvvəl nisbətən hamar və kompakt görünür.

6 M KOH-da polarisation-dan sonra sink səthində:

• irregular deposits,
• dərin çatlar,
• heterogeneous corrosion features,
• rough və fragmented morphology

müşahidə edilmişdir.

0,5 mg CQD ilə surface damage azalmış, 1,0 mg CQD-də ən uniform və compact səth görünüşü əldə edilmişdir.

1,5 mg CQD-də səth pristine KOH-dan daha yaxşı olsa da, 1,0 mg ilə müqayisədə daha irregular və rough olmuşdur.

Bu SEM müşahidəsi 1,0 mg-da maksimum \(R_{ct}\) və zeta potential ilə eyni optimum nöqtəyə işarə edir.

CQD-lərin HER və korroziyanı basdırma mexanizmi necə izah edilir?

Müəlliflərin təklif etdiyi mexanizmə görə oxygen-functionalised CQD-lər zinc/elektrolit interfeysində electrical double layer və local charge distribution-ı dəyişdirir, su aktivləşməsini və charge transfer-i ləngidir və sink səthində qismən qoruyucu, daha sabit interfacial environment yaradaraq həm HER-i, həm də korroziyanı azaldır.

Bu izah dörd eksperimental müşahidə qrupunu birləşdirir:

• zeta potensialının güclü dəyişməsi,
• HER onset və Tafel slope-un artması,
• \(R_{ct}\)-nin yüksəlməsi,
• SEM-də sink səthinin daha hamar qalması.

Mənbə buna görə davranışı yalnız “ion keçiriciliyi azaldığı üçün HER azaldı” kimi izah etmir. Xüsusilə 0,5 mg CQD-də conductivity pristine KOH-dan yüksək olduğu halda HER yenə də basdırılır. Bu nəticə bulk ionic transport-un yeganə müəyyənedici olmadığını və interfacial electrostatic/surface effects-in mühüm olduğunu dəstəkləyir.

Niyə ümumi optimum 1,0 mg CQD olduğu halda HER baxımından 1,5 mg daha güclüdür?

Çünki optimum elektrolit yalnız HER-i maksimum basdıran elektrolit deyil; ion keçiriciliyini, CQD dispersiya sabitliyini, sink korroziya müqavimətini və tam hüceyrə polarizasiyasını birlikdə qəbul edilə bilən səviyyədə saxlayan şərait tələb olunur və bu çoxparametrli tarazlıq tədqiqatda 1,0 mg CQD-də əldə edilmişdir.

1,5 mg CQD-də:

• HER onset potensialı 291 mV ilə ən yüksək,
• \(\eta_{10}=477\) mV ilə ən yüksək,
• Tafel slope 130 mV dec⁻¹ ilə ən yüksəkdir.

Lakin eyni şəraitdə:

• zeta potensialı +48,5-dən +40,4 mV-yə düşür,
• conductivity 453 mS cm⁻¹-ə enir,
• \(R_{ct}\) 3,80-dən 3,26 Ω-a enir,
• corrosion inhibition %64,47-dən %58,59-a düşür,
• SEM surface 1,0 mg şəraitinə nisbətən daha irregular olur.

Buna görə tədqiqat “maksimum CQD yükləməsi optimumdur” nəticəsinə gəlmir.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Limon qabığından CQD necə sintez edildi?

CQD sintezində limon qabığı karbon prekursoru kimi istifadə edilmiş; turşu ön emalı, sodium hypochlorite ilə oksidləşdirici emal və 180 °C-də 12 saatlıq hydrothermal treatment-dan sonra məhsul yuyulmuş, sentrifuqalanmış və qurudulmuşdur.

Mənbə xüsusilə organic ligand, surfactant və ya structure-directing agent istifadə edilmədiyini bildirir. Buna görə müşahidə olunan CQD morfologiyası hydrothermal carbonisation və oxidation prosesləri ilə əlaqələndirilmişdir.

CQD nanofluid elektrolitləri necə hazırlandı?

0,5, 1,0 və ya 1,5 mg CQD ayrı-ayrılıqda:

\[ 20\ \mathrm{mL}\ 6\ \mathrm{M\ KOH} \]

daxilində dispers edilmişdir.

Dispersiya prosesi S 15 H Elmasonic bath ultrasonicator ilə həyata keçirilmişdir.

Zeta potential və conductivity Malvern ZetaSizer, model MAL1129694 ilə xarakterizə edilmişdir.

Fiziki-kimyəvi xarakterizasiya cihazları

HER elektrokimya quruluşu

Glassy-carbon işlək elektrodun diametri 3 mm-dir.

Elektrod əvvəlcə:

• 0,05 µm alumina slurry,
• 0,3 µm alumina slurry

ilə cilalanmış; DI water ilə təmizlənib ambient temperature-da qurudulmuşdur.

Catalyst ink:

• 5 mg, %20 commercial Pt/C,
• 50 µL Nafion,
• 100 µL ethanol

ilə hazırlanmışdır.

Üç-elektrodlu sistem:

• working: Pt/C-coated glassy carbon,
• counter: Pt foil,
• reference: Ag/AgCl

şəklindədir.

HER linear sweep voltammetry:

\[ 5\ \mathrm{mV\,s^{-1}} \]

scan rate ilə aparılmışdır.

Mənbə xüsusilə HER polarization curves üçün iR compensation tətbiq edilmədiyini bildirir. Bu detal vacibdir; measured potentials məhluldakı ohmic drop təsiri tam çıxarılmış dəyərlər kimi qəbul edilməməlidir.

Korroziya sınağı

Korroziya potentiodynamic polarization:

• working electrode: zinc foil,
• counter electrode: Pt foil,
• reference: Ag/AgCl,
• scan rate: 1 mV s⁻¹,
• potential window: −0,3 ilə +0,5 V vs. open-circuit potential

şəraitində aparılmışdır.

Bütün electrochemical measurements VSP-3e multichannel potentiostat/galvanostat ilə həyata keçirilmişdir.

Tam sink–hava hüceyrəsi necə quruldu?

Homemade ZAB-də zinc foil anode qalınlığı:

\[ 0.25\ \mathrm{mm} \]

kimi verilmişdir.

Air cathode ink:

• 12 mg %3 Pd/C,
• 8 mg carbon black,
• 10 µL Nafion,
• bir neçə damcı ethanol

qarışığından hazırlanmış və nickel current collector üzərinə drop-cast edilmişdir.

Elektrod:

\[ 80^\circ\mathrm{C} \]

air oven-da qurudulmuşdur.

Galvanostatic cycling şəraiti

Current density:

\[ J=5\ \mathrm{mA\,cm^{-2}} \]

olaraq sabitləşdirilmişdir.

Hər cycle:

• 10 dəqiqə charge,
• 10 dəqiqə discharge

pulse-larından ibarətdir.

Mənbə Figure 7-nin zaman oxunun təxminən 0–14 saat intervalını əhatə etdiyini göstərir. Buna görə bu sınaq laboratoriya miqyaslı qısa/orta müddətli cycling comparison-dır; çox uzunmüddətli service-life təsdiqi deyil.

Tam hüceyrə güc sıxlığı necə hesablandı?

Mənbə areal power density üçün:

\[ P=VJ \]

əlaqəsindən istifadə edir.

Burada:

• \(P\): areal power density, vahidi mW cm⁻²,
• \(V\): discharge voltage, vahidi V,
• \(J\): applied current density, vahidi mA cm⁻².

Vahid yoxlaması:

\[ \mathrm{V}\times\mathrm{mA\,cm^{-2}} = \mathrm{mW\,cm^{-2}}. \]

Buna görə tənlik ölçü baxımından uyğundur.

Güc sıxlığındakı dəyişiklik mənbədə təxminən %22 artım kimi ifadə edilmişdir.

Mənbə dəyərləri ilə yoxlandıqda:

\[ \frac{5.5-4.5}{4.5}\times100 \approx22.2\%. \]

Bu hesab yeni eksperimental məlumat deyil; mənbədə verilən təxmini güc sıxlıqlarının arifmetik qarşılığıdır.

Cycling-dən sonra sink səthi

Təmiz 6 M KOH ilə cycling-dən sonra zinc foil üzərində:

• sıx deposit formation,
• plate-like irregular agglomerates,
• heterogeneous surface coverage,
• uncontrolled zinc dissolution/deposition

müşahidə edilmişdir.

1,0 mg CQD tərkibli elektrolitdə isə sink səthi daha compact, homogeneous və daha az corrosion product ehtiva edən morfologiya göstərmişdir.

Bu görüntülər CQD-nin cycling zamanı interface degradation-ı azaltdığı şərhini dəstəkləyir.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• Limon qabığından orta ölçüsü təxminən 7,41 ± 2,48 nm olan CQD-lər hidrotermal üsulla istehsal edilə bilmişdir.
• CQD səthində FTIR ilə oksigen tərkibli funksional qruplar müşahidə edilmişdir.
• CQD əlavəsi 6 M KOH-un zeta potential və ionic conductivity dəyərlərini dəyişdirmişdir.
• HER LSV/Tafel təcrübələrində CQD miqdarı artdıqca HER kinetics daha yavaş olmuşdur.
• 1,5 mg CQD araşdırılan şəraitlər arasında ən güclü HER suppression təmin etmişdir.
• Zinc corrosion ölçmələrində 1,0 mg CQD ən yüksək \(R_{ct}\) və corrosion-inhibition efficiency dəyərini təmin etmişdir.
• SEM görüntüləri 1,0 mg CQD şəraitində zinc surface damage-ın azaldığını dəstəkləyir.
• 1,0 mg CQD tərkibli tam hüceyrədə charge–discharge polarization azalmış və orta güc sıxlığı təxminən 4,5-dən 5,5 mW cm⁻²-ə yüksəlmişdir.
• Tədqiqat CQD-lərin zinc–air battery electrolyte additive kimi laboratoriya miqyasında faydalı ola biləcəyini göstərir.

Tədqiqatın dəstəkləmədiyi nəticələr

• Bu tədqiqat kvant kompüteri və ya qubit texnologiyası haqqında deyil.
• HER-in CQD quantum confinement səbəbindən basdırıldığı birbaşa göstərilməyib.
• CQD surface electronic states XPS ilə kəmiyyətcə təsdiqlənməyib.
• Təklif olunan interface mexanizmi atom miqyasında birbaşa görüntülənməyib və ya in situ spectroscopy ilə qəti təsdiqlənməyib.
• 1,5 mg CQD ümumi olaraq ən yaxşı elektrolit deyil; yalnız HER suppression baxımından ən güclü sınaq şəraitidir.
• 1,0 mg optimum dəyərinin bütün KOH həcmləri, bütün CQD sintezləri və ya bütün zinc–air həndəsələri üçün universal olduğu sübut edilməyib.
• Təxminən 14 saatlıq cycling nəticəsi çox uzunmüddətli batareya ömrünü sübut etmir.
• Kommersiya pouch-cell, böyük format və ya sənaye zinc–air sistem miqyaslandırması aparılmayıb.
• Mənbə əsas nəticə cədvəllərində extensive replicate/statistical-significance analizi bildirmir; buna görə kiçik performans fərqlərinin bütün istehsal partiyalarında eyni qalacağı fərz edilə bilməz.
• CQD-lərin sink dendrite yaranmasını uzun müddət ərzində tamamilə qarşısını aldığı sübut edilməyib.

Tədqiqatın əsas elmi mesajı

Tədqiqatın ən mühüm nəticəsi “CQD nə qədər çoxdursa, bir o qədər yaxşıdır” deyil.

Əsas nəticə elektrolit əlavəsinin miqdarının:

• surface charge regulation,
• colloidal stability,
• ionic conductivity,
• HER kinetics,
• zinc corrosion resistance

arasında tarazlıq yaratmasıdır.

1,0 mg CQD yükləməsi bu eksperimental sistem üçün ən yaxşı ümumi tarazlığı yaratmışdır.

Elmi məhdudiyyətlər

Tədqiqatın daxilində ayrıca başlıqlı geniş “Limitations” bölməsi yoxdur. Bununla belə, mənbə mətnindən və istifadə olunan metodlardan çıxarıla bilən aydın məhdudiyyətlər bunlardır:

• FTIR səth funksiyalarını göstərsə də, XPS və Raman kimi tamamlayıcı analizlər aparılmayıb.
• HER sınağı sink səthində deyil, Pt/C-coated glassy carbon üzərində aparılıb.
• Proposed mechanism birbaşa atomik/in situ dəlil deyil.
• Full-cell tədqiqatı homemade laboratory ZAB ilə məhdudlaşır.
• Figure 7 təxminən 14 saatlıq cycling pəncərəsi təqdim edir.
• Uzunmüddətli capacity retention və ya yüzlərlə cycle üçün quantitative retention dəyəri verilməyib.
• Data publicly available deyil; pending patent process səbəbindən request əsasında təqdim ediləcəyi bildirilib.

Mənbə və Metod Qeydi

Orijinal başlıq: Biomass-Derived Carbon Quantum Dots as Multifunctional Electrolyte Additives for Mitigating Hydrogen Evolution and Zinc Corrosion in Rechargeable Zinc–Air Batteries

Müəlliflər: Mustapha Balarabe Idris; Indiphile Nompetsheni; Bhekie B. Mamba; Xolile Fuku.

Corresponding authors: Mustapha Balarabe Idris və Xolile Fuku.

Bərabər töhfə: Mənbədə ortaq birinci müəllif/equal-contribution işarəsi göstərilməyib.

Qurum: Institute for Nanotechnology and Water Sustainability, College of Science, Engineering and Technology, University of South Africa, Florida Science Campus, Johannesburg 1710, South Africa.

Mənbə növü: Eksperimental tədqiqat məqaləsi.

Resenziya statusu: Resenziyalı jurnalda yayımlanmış məqalə.

Jurnal: Energies.

Nəşriyyat: MDPI.

Cild / nömrə / məqalə nömrəsi: 19(13), 3209.

DOI: 10.3390/en19133209.

Received: 30 May 2026.

Revised: 20 İyun 2026.

Accepted: 2 İyul 2026.

Published: 7 İyul 2026.

Rəsmi keçid: https://doi.org/10.3390/en19133209

Lisenziya: Creative Commons Attribution, CC BY.

Academic Editor: Kwok Tong Chau.

Xüsusi buraxılış: Electrochemical Technologies for Energy Conversion and Storage.

Əsas material: Limon qabığı tullantısından hidrotermal üsulla hazırlanmış carbon quantum dots.

Əsas elektrolit: 6 M KOH.

CQD yükləmələri: 0,5 mg, 1,0 mg və 1,5 mg CQD / 20 mL 6 M KOH.

Əsas xarakterizasiya: FTIR, HR-TEM, UV–Vis, zeta potential və ionic conductivity.

HER metodu: Pt/C-coated glassy carbon working electrode üzərində LSV, 5 mV s⁻¹; Pt counter, Ag/AgCl reference. HER polarisation curves iR compensation olmadan qeydə alınıb.

Korroziya metodu: Zinc-foil working electrode üzərində potentiodynamic polarisation və EIS; polarisation scan rate 1 mV s⁻¹, −0,3–0,5 V vs open-circuit potential.

Electrochemical instrumentation: VSP-3e multichannel potentiostat/galvanostat.

Tam hüceyrə: 0,25 mm polished zinc foil anode və Pd/C-based air cathode ehtiva edən homemade rechargeable zinc–air battery.

Air cathode: 12 mg %3 Pd/C + 8 mg carbon black + 10 µL Nafion + ethanol; nickel current collector; 80 °C qurutma.

Cycling: 5 mA cm⁻²; 10 dəqiqə charge + 10 dəqiqə discharge pulse.

CQD orta hissəcik diametri: 7,41 ± 2,48 nm.

Ən güclü HER suppression: 1,5 mg CQD; HER onset 291 mV, \(\eta_{10}=477\) mV, Tafel slope 130 mV dec⁻¹.

Ümumi optimum yükləmə: 1,0 mg CQD; zeta potential +48,5 mV, \(R_{ct}=3,80\) Ω, corrosion inhibition %64,47 və tam hüceyrədə daha aşağı polarization.

Equation (1) təqdimat qeydi: Mənbə inhibition efficiency tənliyini \((R_{ct}-R'_{ct})/R_{ct}\) formasında göstərir; Table 3 dəyərləri faiz olduğuna görə faiz forması üçün nisbət ×100 ilə ifadə edilir. Mənbə equation təsvirində ×100 faktoru görünmür.

\(E_{\mathrm{corr}}\) işarə qeydi: Mənbə Table 3 və mətn 1,58–1,50 V müsbət dəyərləri sadalayarkən Figure 4a potensial oxu corrosion region-u mənfi RHE potentials-da göstərir. Mənbə bu təqdimat fərqini izah etmir; dəyərlər Verianla tərəfindən səssizcə düzəldilməyib.

Full-cell nəticəsi: Pristine 6 M KOH üçün ~1,80 V charge cut-off, ~0,70 V discharge cut-off, ~1,10 V voltage gap və ~4,5 mW cm⁻² average operating power density; 1,0 mg CQD + 6 M KOH üçün müvafiq olaraq ~1,55 V, ~1,10 V, ~0,45 V və ~5,5 mW cm⁻².

Figure 6 qeydi: Məqalənin proposed-plausible-mechanism təsvirinin müəlliflər tərəfindən Gemini AI istifadə edilməklə yaradıldığı açıq şəkildə bildirilən konseptual şəkildir. Verianla daxilində bu şəkil piksel olaraq kopyalanmayıb; yalnız mənbə tərəfindən dəstəklənən elmi əlaqələr müstəqil inline SVG ilə yenidən qurulub.

Data Availability: Data request əsasında təqdim ediləcək; pending patent process səbəbindən public olaraq mövcud deyil.

Institutional Review Board Statement: Not applicable.

Maliyyələşdirmə: University of South Africa, Institute for Nanotechnology and Water Sustainability (iNanoWS), College of Science, Engineering and Technology tərəfindən tədqiqat imkanları və maliyyə dəstəyi təmin edilmişdir.

Acknowledgments: Müəlliflər Grammarly-dən spelling, grammar, sentence structuring və punctuation checks üçün; Gemini AI-dan image generation üçün istifadə etdiklərini, nəticələri sonradan özlərinin nəzərdən keçirib redaktə etdiklərini və məqalə məzmununun məsuliyyətini daşıdıqlarını bildiriblər.

Maraqların toqquşması: Müəlliflər məlum competing financial interest və ya tədqiqata təsir edə biləcək personal relationship olmadığını bəyan ediblər.

Müəllif töhfələri: Mustapha Balarabe Idris conceptualisation, data curation, formal analysis, investigation, validation, writing və editing; Indiphile Nompetsheni synthesis, formal analysis və investigation; Bhekie B. Mamba editing, funding acquisition və project administration; Xolile Fuku editing, funding acquisition, project administration, resources, supervision, visualisation və writing–review/editing vəzifələrini yerinə yetirmişdir.