La-CdO ni nanomateriali inayotayarishwa kwa kuongeza lanthanum (La) kwenye kimiani ya kioo ya oksidi ya kadimiamu (CdO), na katika utafiti huu imetumiwa kwa ugunduzi wa ioni kwa njia ya kielektrokemia na pia kwa uvunjaji wa rangi wa fotokatalitiki. Watafiti walitayarisha chembechembe nano za La-CdO/CdO kwa kutumia mbinu ya mwako wa myeyusho kwa msaada wa “green fuel” ya mimea inayotokana na Zingiber Officinale; kisha wakachunguza muundo kwa mbinu za PXRD, SEM-EDX, TEM/HRTEM/SAED, XPS, FT-IR na UV-Vis/DRS. Baadaye, mwitikio wa kielektrokemia wa elektrodi iliyorekebishwa yenye msingi wa La-CdO-grafiti kwa ioni za Li⁺ na Hg⁺ ulitathminiwa kwa CV na EIS, huku tabia ya fotokatalitiki ya nanomateriali hiyo ikitathminiwa kwa kutumia rangi inayoitwa “Amranth (AMR)” katika chanzo.

Katika usanisi, prekusa za La(NO₃)₃·6H₂O na Cd(NO₃)₂ pamoja na 0,5 mL ya mafuta ya mimea zilitumiwa. Kiasi cha La(NO₃)₃·6H₂O kwa sampuli za La-CdO zilizoitwa 3, 5, 7 na 9M kilitolewa mtawalia kama 0,086; 0,143; 0,199 na 0,254 g. Mchanganyiko ulitikiswa katika maji yaliyodistiliwa mara mbili kwa takribani dakika 15 kwa 600 rpm, kisha ukaingizwa katika tanuru ya muffle ya 450 °C kwa mchakato wa mwako. Utaratibu wa kina wa kutayarisha ekstrakti ya mimea haukutolewa tena katika makala hii; waandishi walielekeza kwenye kazi yao ya awali.

Uchanganuzi wa PXRD unaripoti muundo wa kioo unaoendana na muundo wa CdO wa kubiki wa Fm3m. Kwa sampuli za La-CdO, Jedwali 1 linatoa ukubwa wa kristaliti unaotegemea Debye-Scherrer wa 23,40914; 22,20867; 17,67629 na 21,12532 nm, huku wastani wa jedwali ukiwa 21,13 nm. Hata hivyo, maandishi makuu yanaripoti thamani za 18 na 31 nm mtawalia kwa La-CdO na CdO ya msingi. Kauli hizi mbili za chanzo hazijalazimishwa kuunganishwa.

Katika uchanganuzi wa TEM/HRTEM, nafasi ya kimiani ya 0,27 nm ilihusishwa na ndege ya (111); pete za SAED zilitumiwa kufasiri ukristali wa juu. Katika uchanganuzi wa XPS, nishati za kuunganika za 835,6 na 852,04 eV ziliripotiwa kwa La 3d_5/2 na La 3d_3/2; 404,8 na 411,8 eV kwa Cd 3d_5/2 na Cd 3d_3/2; na 531,5 eV kwa O 1s. Utengano wa spin-orbit wa takribani 7,0 eV kati ya vilele vya Cd 3d ulihusishwa katika chanzo na hali ya Cd²⁺.

Katika FT-IR, bendi pana karibu na 3470 cm^-1 ilihusishwa na maji/vifungo vya hidrojeni; 425 cm^-1 na Cd-O, 837 cm^-1 na La-O, na 1382 cm^-1 na uratibu wa Cd-O-La. Katika uchanganuzi wa UV-Vis/DRS, chanzo kinaripoti kwamba pengo la nishati ya optiki la CdO la takribani 3,0 eV lilipungua hadi 2,75 eV kwa kuongeza La.

Majaribio ya sensa ya kielektrokemia yalifanywa katika 0,1 M HCl kwa kutumia elektrodi rejea ya Ag/AgCl na elektrodi pinzani ya Pt. Majaribio ya kugundua Li⁺ na Hg⁺ yalifanywa katika kiwango cha viwango cha 1-5 mM na kwa kasi ya skani iliyowekwa ya 30 mV/s. Chanzo kinaripoti LOD=0,24 mM na LOQ=0,68 mM kwa Li⁺; na LOD=0,137 mM na LOQ=0,415 mM kwa Hg⁺.

Katika muhtasari wa chanzo, kapasitansi mahsusi C_sp=273 F/g imetolewa, huku katika sehemu ya matokeo ya kielektrokemia 210 F/g ikiripotiwa kupitia Mlinganyo 16. Kwa hiyo, Verianla haitangazi moja ya thamani hizi mbili kuwa “thamani sahihi” badala ya nyingine.

Katika majaribio ya fotokatalitiki, La-CdO ilijaribiwa pamoja na myeyusho wa rangi ya AMR chini ya mwanga. Katika jaribio kuu la fotokatalisisi, 40 mg ya katalizata na 40 ppm ya rangi vimetajwa; takribani %90 ya uvunjaji wa rangi uliripotiwa baada ya dakika 125. Katika sehemu ya kinetika \(k=12,16\times10^{-3}\ {\rm min}^{-1}\) na nusu-uhai \(t_{1/2}=57,5\) dakika zimetolewa. Kwa sababu isopropanoli ilizuia uvunjaji kwa kiwango kikubwa zaidi katika majaribio ya kunasa radikali, waandishi walitafsiri radikali ya hidroksili (OH•) kuwa spishi tendaji inayotawala. Uchanganuzi wa TOC pia unaripoti kuondolewa kwa kaboni ogani hadi %90 baada ya dakika 125.

Hata hivyo, utafiti huu ni wa kiwango cha maabara. Uthibitishaji katika maji halisi ya mazingira, jaribio pana la mwingiliano/uteuzi lenye ioni shindani, uthabiti wa muda mrefu wa uwanjani au upanuzi hadi kiwango cha viwanda haujaripotiwa. Maneno ya chanzo “trace-level” na “selectivity” yanapaswa kusomwa kwa kuzingatia mipaka hii ya kimetodolojia; viwango vya ioni katika majaribio viko katika kiwango cha millimola.

Nanomateriali ya La-CdO/CdO Ilitumika kwa Kazi Zipi Mbili Katika Utafiti Huu?

Nanomateriali ya La-CdO/CdO ilitathminiwa kwa kazi kuu mbili katika utafiti huu: ugunduzi wa kielektrokemia wa ioni za Li⁺ na Hg⁺ kupitia elektrodi ya La-CdO-grafiti, na matumizi ya nusu-nyenzo ya La-CdO kama fotokatalizata inayoharakisha uvunjaji wa rangi ya AMR chini ya mwanga; ingawa matumizi haya mawili yanategemea jukwaa lilelile la nanomateriali, utendaji wa sensa ya kielektrokemia na utendaji wa uvunjaji wa fotokatalitiki ulipimwa kwa mipangilio tofauti ya majaribio.

Mantiki ya kisayansi ya utafiti

Mkabala mkuu wa utafiti ni kubainisha kama kuongeza La hubadilisha sifa za kioo, uso, optiki na kielektrokemia za CdO, na kisha kujaribu nyenzo iliyopatikana katika matumizi mawili tofauti ya kimazingira. Katika matumizi ya kwanza, ishara ya umeme huzalishwa kupitia elektrodi; katika matumizi ya pili, jozi za elektroni-tundu zinazozalishwa na nishati ya mwanga katika nusu-nyenzo hutumiwa.

Kazi hizi mbili hazipaswi kuchanganywa. Uwezo wa nyenzo kuvunja rangi kwa fotokatalisisi haumaanishi moja kwa moja kwamba ni sensa nzuri ya kielektrokemia. Vivyo hivyo, mwitikio mkubwa wa mkondo wa kielektrokemia si kipimo cha moja kwa moja cha utendaji wa umadirishaji wa fotokatalitiki.

“Green fuel” ina maana gani?

Katika chanzo, “green fuel” inamaanisha ekstrakti ya mimea inayotokana na Zingiber Officinale inayotumiwa katika usanisi wa mwako wa myeyusho. Waandishi hutafsiri vipengele hivi vya mimea kama vipengele vya kibaolojia vinavyofunika, kuleta uthabiti na kusaidia mmenyuko wakati wa usanisi.

Hata hivyo, makala hii haitoi utaratibu wa kina wa kuandaa ekstrakti. Mbinu inaelekeza kwenye kazi ya awali ya waandishi kwa maelezo. Kwa hiyo, uwiano wa mmea/maji, halijoto ya uchimbaji, muda au muundo wa kemikali wa ekstrakti ya mimea hauwezi kuzalishwa upya kwa kutegemea makala hii pekee.

Usanisi wa mwako wa myeyusho ulifanywaje hatua kwa hatua?

Tofauti ndani ya chanzo katika mchoro wa usanisi: Katika mchoro wa usanisi kwenye PDF, Fe(NO₃)₃·9H₂O pia imeandikwa pamoja na La(NO₃)₃·6H₂O na Cd(NO₃)₂. Hata hivyo, maandishi ya mbinu hayasemi kwamba prekusa ya Fe ilitumika na yanafafanua nyenzo ya mwisho kuwa La-CdO. Kwa hiyo, Verianla haijaongeza Fe katika usanisi na imechukulia usemi wa Fe(NO₃)₃ katika mchoro kama kutolingana ndani ya chanzo.

Elektrodi ya grafiti iliyorekebishwa iliandaliwaje?

Hii ni moja ya mapungufu muhimu ya makala hii kwa upande wa uwezo wa kuzalisha upya. Chanzo kinasema kwamba “same fabrication methodology” na uwiano wa muundo wa elektrodi kutoka kazi yake ya awali vilitumika katika kutayarisha elektrodi ya La-CdO-grafiti; lakini hakitoi tena uwiano na hatua zote za maandalizi katika makala hii.

Kwa hiyo, kwa kutumia PDF hii pekee haiwezekani kubaini kwa kuaminika uwiano wa La-CdO:grafiti:kiunganishi au vipengele vingine vya elektrodi. Verianla haijajaza pengo hili kwa mapishi ya jumla ya elektrodi.

Milinganyo ya Debye-Scherrer na PXRD Inahesabu Nini Katika Utafiti Huu?

Milinganyo katika sehemu ya PXRD ilitumika kukadiria ukubwa wa kristaliti kutokana na upana wa kilele cha difraksheni na baadhi ya vigezo vya kimuundo vinavyotokana na ukubwa huo; si lazima viwe sawa na kipenyo cha kimwili cha chembe zote au aglomerati zinazoonekana katika TEM, na fomula zilizotolewa katika chanzo zinapaswa kutafsiriwa tu katika muktadha wa uchanganuzi wa PXRD ulioripotiwa.

Mlinganyo 1: ukubwa wa kristaliti wa Debye-Scherrer

\[ D=\frac{k\lambda}{\beta\cos\theta} \]

Hapa \(D\) ni ukubwa wa kristaliti. \(k\) ni kipengele cha umbo, \(\lambda\) ni urefu wa wimbi wa X-ray uliotumiwa, \(\beta\) ni upana kamili katika nusu ya kiwango cha juu (FWHM) wa kilele cha difraksheni kilichochaguliwa, na \(\theta\) ni pembe ya Bragg. Chanzo hakitoi kando thamani za namba za \(k\) na \(\lambda\) zilizotumiwa kwa mlinganyo huu.

Ukubwa wa kristaliti unamaanisha takriban ukubwa wa eneo moja la kioo lenye mshikamano. Makundi makubwa yanayoonekana katika SEM au TEM yanaweza kuwa na kristaliti nyingi. Kwa hiyo, ukubwa wa PXRD na ule wa mikroskopi haupaswi kutafsiriwa kama ukubwa uleule wa kimwili.

Mlinganyo 2: msongamano wa dislokeshoni

\[ \delta=\frac{1}{D^2} \]

\(\delta\) imetolewa katika jedwali la chanzo kama msongamano wa dislokeshoni. Kwa mujibu wa mlinganyo, kadiri \(D\) inavyopungua ndivyo \(1/D^2\) inavyoongezeka; yaani katika ufafanuzi huu, ukubwa mdogo wa kristaliti unahusishwa na msongamano mkubwa zaidi wa dislokeshoni uliokokotolewa.

Mlinganyo 3: kigezo cha kimuundo kilichoonyeshwa kama SF katika chanzo

\[ SF= \frac{2\pi^2} {45\sqrt{3\tan\theta}} \]

Chanzo kinatumia alama \(SF\) katika Mlinganyo 3 lakini hakifafanui kando jina kamili la kifupi hiki katika maandishi. Kwa hiyo, Verianla haijaongeza jina maalumu ambalo halipo katika chanzo. Mlinganyo hutoa kigezo cha kimuundo kinachotegemea pembe \(\theta\).

Mlinganyo 4: mgeuko mdogo wa kimiani

\[ \varepsilon=\frac{\beta}{4\tan\theta} \]

\(\varepsilon\) imeripotiwa katika chanzo kama mgeuko mdogo wa kimiani. Hapa, ikiwa upana wa kilele \(\beta\) unaongezeka huku masharti mengine yakiwa sawa, mgeuko mdogo wa kimiani uliokokotolewa pia huongezeka.

Ni matokeo gani yaliripotiwa katika PXRD?

Chanzo kinataja vilele katika nafasi za 2θ=23,77°, 30,79°, 33,34°, 36,47°, 38,47°, 44,12°, 50,17°, 55,64°, 66,12° na 69,24°. Muundo ulihusishwa na kundi la nafasi la Fm3m la CdO ya kubiki na kulinganishwa na kadi ya JCPDS 75-0592.

Tofauti ya ukubwa ndani ya chanzo: Maandishi makuu yanaandika ukubwa wa wastani wa chembe/kristaliti kwa La-CdO na CdO ya msingi kuwa 18 na 31 nm mtawalia. Jedwali 1 linatoa wastani wa thamani nne za La-CdO kuwa 21,13 nm. Verianla haijatatua tofauti kati ya 18 nm na 21,13 nm kwa dhana.

Kuongezwa kwa La kulitafsiriwaje kwa mtazamo wa PXRD?

Chanzo kinatoa radiusi ya ioni La³⁺ kuwa 1,03-1,06 Å na radiusi ya ioni Cd²⁺ kuwa 0,97 Å. Imetafsiriwa kwamba kuingia kwa ioni kubwa zaidi ya La³⁺ katika kimiani ya CdO kunaweza kusababisha mabadiliko ya kimiani na kusogea kwa vilele kuelekea 2θ ya chini zaidi.

Chanzo kinaendelea kutoka hapo hadi hitimisho kwamba msongamano wa wabebaji wa chaji na upitishaji umeme vinaweza kuongezeka. Hata hivyo, kauli hii haimaanishi kwamba PXRD yenyewe hupima moja kwa moja upitishaji umeme; vipimo vya kielektrokemia vilifanywa katika sehemu tofauti.

SEM-EDX ilionyesha nini?

Katika picha za SEM, sampuli za La-CdO zilielezewa kuwa na mofolojia ya “spongy” yenye matundu, nafasi tupu na aglomereshoni. Chanzo kinahusisha matundu na nafasi hizi na usanisi wa mwako wa myeyusho.

Kuonekana kwa vilele vya elementi La, Cd na O katika spektra ya EDX/EDAX kulitumiwa kuunga mkono tafsiri ya chanzo kwamba La ipo ndani ya nyenzo yenye msingi wa CdO. Kwa kuwa chanzo hakitoi jedwali la kuaminika la asilimia za atomu kwa kiasi katika sehemu hii, Verianla haijazalisha asilimia yoyote.

TEM, HRTEM na SAED zilionyesha nini?

Picha za TEM zilitolewa katika mizani ya ukubwa wa 500 nm na 100 nm. Katika HRTEM, nafasi ya kimiani ya takribani 0,27 nm ilipimwa na thamani hii ikahusishwa na ndege ya (111) ya CdO ya kubiki.

Kuonekana kwa pete zinazohusishwa na ndege za kioo za (111), (200), (220), (311) na (222) katika muundo wa SAED kulitafsiriwa na chanzo kuwa kiashiria cha ukristali wa juu.

XPS iliunga mkono hali zipi za oksidishaji?

FT-IR ilionyesha vifungo gani?

Chanzo pia kinahusisha bendi pana ya 3470 cm^-1 na vipengele vya fitokemikali vya kufunika vilivyobaki kutoka ekstrakti ya mimea. Tafsiri hii ya FT-IR si uchanganuzi wa muundo wa kemikali unaobainisha kwa kiasi utambulisho wa kila molekuli ndani ya ekstrakti ya mimea.

Pengo la nishati ya optiki lilihesabiwaje?

Chanzo kilitathmini data ya uakisi kwa mkabala wa Kubelka-Munk na uhusiano wa Tauc.

Mlinganyo 5:

\[ F(R)=\frac{(1-R)^2}{2R}=\frac{K}{S} \]

Hapa \(R\) ni thamani ya uakisi. Katika mkabala wa Kubelka-Munk, istilahi \(K\) na \(S\) zinahusiana mtawalia na ufyonzaji na utawanyaji wa mwanga. Chanzo hakitoi thamani zao za namba kando.

Mlinganyo 6:

\[ \alpha h\nu=A(h\nu-E_g)^n \]

\(\alpha\) inawakilisha mgawo unaohusiana na ufyonzaji, \(h\nu\) nishati ya fotoni, \(A\) thabiti ya uwiano, \(E_g\) pengo la nishati ya optiki, na \(n\) kipeo kinachotegemea aina ya mpito. Chanzo kilitumia ubadilishaji wa \([F(R)h\nu]^2\) katika tathmini ya grafu.

Kwa kuongeza sehemu ya mstari hadi kwenye mhimili wa nishati, chanzo kinaripoti pengo la nishati ya optiki la 2,75 eV kwa La-CdO. Maandishi yanaeleza kwamba kuongeza La kulisababisha mabadiliko kutoka 3,0 eV hadi 2,75 eV.

Milinganyo 7-9: hesabu ya ukingo wa bendi na elektronegativiti

Chanzo kinatoa milinganyo kama ifuatavyo:

\[ E_{VB}=X-E_0-0.5E_g \]

\[ E_{CB}=E_{VB}+E_g \]

\[ X= \left[ x(A)^a x(B)^b x(C)^c \right]^{\frac{1}{a+b+c}} \]

Hapa \(X\) ni kigezo cha elektronegativiti kamili kilichotumiwa kwa La-CdO, \(E_0\) ni istilahi ya nishati ya elektrodi ya kawaida ya hidrojeni iliyotolewa katika chanzo kama 4,5 eV, na \(E_g\) ni pengo la nishati. Chanzo kinatumia \(X=1,359\) eV na kuripoti \(E_{VB}=-4,491\) eV na \(E_{CB}=-1,74\) eV.

Onyo la istilahi la chanzo: Katika sehemu hii maandishi yanatumia maneno “conduction (E_VB)” na “valance band (E_CB)”, yakilinganisha alama na majina ya maneno kwa namna iliyovuka. Verianla haijabadilisha majina haya kimyakimya; imehifadhi milinganyo na thamani za namba zilizo katika chanzo kama zilivyo na kuzitenganisha.

Onyo kuhusu maelezo ya kielelezo cha chanzo: Ingawa paneli moja ya grafu husika inaonyesha uakisi-kimo/urefu wa wimbi na nyingine inaonyesha ubadilishaji wa Tauc, mpangilio wa paneli “Wood & Tauc” na “DRS” katika maelezo ya kielelezo cha chanzo unaonekana kuwa kinyume na picha. Kwa hiyo, kielelezo hakijachorwa upya.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Mpangilio wa jaribio la kielektrokemia

Katika uchunguzi wa kielektrokemia, mpangilio wa elektrodi tatu ulitumika, ukiwa na elektrodi kazi yenye msingi wa La-CdO/CdO, elektrodi rejea ya Ag/AgCl na elektrodi pinzani ya Pt. Mazingira ya elektroliti ni 0,1 M HCl. Mbinu za CV na EIS zilitumika kutathmini uhamishaji wa elektroni, ishara za redoksi, upinzani na tabia ya kapasitansi.

Voltametri ya mzunguko (CV) hupima mkondo unaotokea wakati potensiali ya elektrodi inaskaniwa mbele na nyuma ndani ya masafa yaliyowekwa. Mchakato wa oksidishaji au upunguzaji unapotokea, kilele au mabadiliko yanayoonekana ya mkondo yanaweza kujitokeza katika voltammogramu.

Spektroskopi ya impedansi ya kielektrokemia (EIS) huchunguza mwitikio wa mfumo wa elektrodi kwa msisimko wa mkondo unaobadilika katika masafa tofauti. Katika uwasilishaji wa Nyquist, eneo la nusu duara mara nyingi huhusishwa na tabia ya uhamishaji chaji kwenye kiolesura.

Chanzo kinatoa masafa ya kipimo cha EIS kuwa 10-800 Hz na kinatumia thamani ya takribani 28 Ω inayohusishwa na nusu duara ya Nyquist kutafsiri upinzani mdogo wa uhamishaji chaji / upitishaji bora.

Tofauti ya chanzo kuhusu kasi ya msingi ya skani ya CV

Katika maelezo ya grafu ya CV ya kielektrokemia, kasi za skani zimeonyeshwa kuwa 0,01; 0,02; 0,03; 0,04 na 0,05 V/s, yaani 10-50 mV/s. Kwa upande mwingine, maandishi ya sehemu ya matokeo yanaandika 1-5 mV/s. Majaribio ya sensa yalifanywa pia kando kwa 0,03 V/s, yaani 30 mV/s iliyowekwa. Taarifa hizi tatu hazijachanganywa.

Mlinganyo wa kapasitansi mahsusi

Chanzo kinatoa kapasitansi mahsusi ya kielektrokemia kwa mlinganyo ufuatao:

\[ C_{SP}= \frac{\int I\,dV} {\nu\,m\,\Delta V} \]

Hapa \(C_{SP}\) ni kapasitansi mahsusi, \(I\) ni mkondo, \(dV\) ni elementi ya uintegresheni wa potensiali, \(\nu\) ni kasi ya skani, \(m\) ni wingi wa nyenzo hai ya elektrodi, na \(\Delta V\) ni dirisha la potensiali lililotumiwa.

Fomula hunormalisha eneo la mkondo-potensiali chini ya mkunjo wa CV kwa wingi wa elektrodi, kasi ya skani na masafa ya potensiali. Matokeo huripotiwa katika F/g.

Hata hivyo, chanzo hakitoi wazi thamani ya wingi hai \(m\) inayohitajika kwa kukokotoa upya wala uwiano wa muundo wa elektrodi katika makala hii. Kwa hiyo, haiwezekani kukokotoa upya C_SP kwa kujitegemea kutoka PDF hii.

Katika sehemu ya kielektrokemia C_SP=210 F/g inaripotiwa, huku muhtasari ukiandika C_SP=273 F/g. Kwa kuwa thamani zote mbili zipo katika chanzo, zote mbili zimehifadhiwa zikiwa wazi.

LOD na LOQ Zina Maana Gani na Zilihesabiwaje katika Chanzo?

LOD inaonyesha kikomo cha chini ambacho analiti inaweza kutofautishwa kwa kuaminika kuwa ipo katika mfumo wa kipimo; LOQ inaonyesha kikomo cha chini ambacho analiti inaweza kuripotiwa kwa kiasi. Chanzo kinaripoti kwamba katika utafiti wa Li⁺/Hg⁺ zilikokotolewa mtawalia kwa fomula \(LOD=3s/m\) na \(LOQ=10s/m\); hata hivyo, kwa kuwa chanzo hakifafanui kando alama \(s\) na \(m\), Verianla haijakokotoa tena thamani hizi kwa kujitegemea.

Fomula za chanzo:

\[ LOD=\frac{3s}{m} \]

\[ LOQ=\frac{10s}{m} \]

Katika fomula, \(s\) na \(m\) hazijafafanuliwa wazi na chanzo. Kwa hiyo, hakuna ufafanuzi usio katika chanzo ulioongezwa kwa namna ya “s ni kipimo hiki, m ni regresheni hii hasa”.

Jaribio la sensa ya Li⁺

Vipimo vya sensa ya Li⁺ vilifanywa katika masafa ya 1-5 mmol/L, kwa kasi ya skani ya 0,03 V/s, yaani 30 mV/s, na katika mazingira ya 0,1 M HCl.

Katika grafu ya regresheni ya Li⁺ pia inaonekana kwamba pointi za kipimo hazionyeshi ongezeko la moja kwa moja la konsentrasheni-mkondo. Kwa hiyo, wakati wa kuwasilisha tafsiri ya “quantitative detection” kutoka muhtasari, thamani ndogo za R² zinazoonekana katika grafu za chanzo lazima zizingatiwe.

Zaidi ya hayo, maelezo ya chanzo ya grafu ya Li⁺ yanatumia kimakosa usemi “La⁺ ions”. Maandishi ya jaribio na sehemu nzima yanahusu ioni ya Li⁺; Verianla haijaitafsiri hii kuwa jaribio jipya la sensa ya ioni ya lanthanum.

Jaribio la sensa ya Hg⁺

Chanzo kinaonyesha analiti ya Hg kama Hg⁺ katika kichwa na katika jaribio lote. Verianla haijaibadilisha kimyakimya kwenda hali nyingine ya oksidishaji ya zebaki.

Matokeo ya “uteuzi” yanaweza kupelekwa mbali kiasi gani?

Waandishi wanaieleza elektrodi kuwa “selective and sensitive”. Hata hivyo, PDF iliyopo hairipoti jaribio pana la ushindani wa ioni ambalo Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Pb²⁺, Cd²⁺ au interferenti nyingine zinazowezekana zilikuwepo wakati huo huo pamoja na Li⁺ au Hg⁺.

Kwa hiyo, chanzo kinaonyesha kwamba elektrodi hutoa ishara dhahiri za CV kwa Li⁺ na Hg⁺; lakini haipaswi kusemwa kwamba uteuzi wa kiuchanganuzi usiotegemea ioni nyingine katika matriksi changamano ya maji halisi umethibitishwa kikamilifu.

Usemi “Trace-level” unapaswa kutafsiriwaje?

Ingawa chanzo kinaeleza majaribio na kichwa kama ugunduzi wa “trace-level”, masafa ya kalibresheni yaliyojaribiwa ni 1-5 mM na LOD zilizoripotiwa ni 0,137 na 0,24 mM. Kwa hiyo, Verianla hairudii usemi “kiwango cha athari” kama uainishaji huru wa kimazingira/kikanuni; inaacha vitengo vya moja kwa moja vya majaribio vionekane.

Ujirudiaji na uthabiti

Chanzo kililinganisha mizunguko mitano mfululizo ya CV katika 30 mV/s kwa ioni za Li⁺ na Hg⁺ na kueleza kwamba kulikuwa na mabadiliko yasiyo makubwa katika mikondo ya vilele. Vipimo mfululizo kwa elektrodi ileile vilijadiliwa kama “repeatability”, huku ulinganisho wa elektrodi zilizoandaliwa kwa kujitegemea ukijadiliwa kama “reproducibility”.

Hata hivyo, chanzo hakiripoti katika sehemu hii mkengeuko wa kawaida wa jamaa, mgawo wa mabadiliko, idadi ya sampuli \(n\), muda wa kujiamini au jaribio tofauti la nadharia ya kitakwimu. Kwa hiyo, usemi “ujirudiaji bora” haujaongezwa thamani ya kiasi ya RSD.

Ingawa kichwa cha jedwali la kulinganisha la chanzo kinasema “LOD and LOQ”, katika mstari wa utafiti wa sasa thamani za 0,24 mM na 0,137 mM zimetolewa pamoja. Hizi ni thamani za LOD zilizoripotiwa kwa Li⁺ na Hg⁺ mtawalia; LOQ za Li⁺ na Hg⁺, ambazo ni 0,68 na 0,415 mM, hazipo katika mstari huu. Kwa hiyo, jedwali la kulinganisha halipaswi kutafsiriwa kuwa “kila mstari unatoa jozi ileile ya LOD/LOQ”.

Uvunjaji wa Fotokatalitiki wa Rangi ya AMR Ulitathminiwaje?

Uvunjaji wa rangi ya AMR ulitathminiwa kwa kutumia pamoja kupungua kwa absorbansi ya UV-Vis kadiri muda unavyopita chini ya mwanga pamoja na La-CdO, asilimia ya kuondolewa kwa rangi, jaribio la matumizi tena la mizunguko mitano, uchanganuzi wa kinetika unaotegemea \(C/C_0\), majaribio ya kunasa radikali na kuondolewa kwa kaboni ogani jumla (TOC); chanzo kinaripoti takribani %90 ya uvunjaji katika dakika 125 katika jaribio kuu, huku kikitumia kauli tofauti katika sehemu mbalimbali kuhusu dozi ya katalizata na ufafanuzi wa mwanga.

AMR ni nini?

Chanzo kinaandika rangi lengwa kwa uthabiti kama “Amranth (AMR)”. Verianla haijabadilisha kimyakimya jina la chanzo au utambulisho wa jaribio kuwa jina la rangi nyingine kwa kutumia taarifa ya nje.

Jaribio kuu la fotokatalitiki

Mwanzoni mwa sehemu ya fotokatalisisi, chanzo kinaeleza kwamba 40 mg La-CdO na 40 ppm rangi ya AMR zilitumiwa na kwamba jaribio liliendeshwa chini ya mwanga wa jua. Absorbansi ya myeyusho ilifuatiliwa katika vipindi vya dakika 15 na takribani %90 ya uvunjaji wa rangi uliripotiwa baada ya dakika 125.

Chanzo pia kinalinganisha kwa grafu hali tatu:

• rangi ya AMR gizani,
• fotolizisi: mwanga + AMR lakini bila La-CdO,
• La-CdO + AMR + mwanga.

Lengo la kisayansi la ulinganisho wa grafu ni kuonyesha kwamba uondoaji mkubwa kuliko mabadiliko yanayosababishwa na mwanga pekee au hali ya giza pekee hutokea katika hali ya La-CdO + mwanga. Kwa kuwa chanzo hakitoi katika maandishi asilimia tofauti na sahihi za mwisho kwa mistari ya udhibiti, Verianla haijatoa thamani mpya sahihi kutoka kwenye grafu.

Jaribio la matumizi tena

Fotokatalizata ya La-CdO ilitathminiwa katika mizunguko mitano mfululizo na chanzo kikaripoti kwamba utendaji wa uvunjaji uliendelea kuwa wa juu hadi mzunguko wa tano.

Jaribio hili linaonyesha matumizi tena ya maabara kwa mizunguko mitano. Halithibitishi maisha ya katalizata ya viwandani kwa miezi au miaka.

Nusu-uhai na kinetika

Chanzo kinaeleza kinetika ya uvunjaji kama:

\[ \ln\left(\frac{C}{C_0}\right)=-kt \]

kwa namna hiyo.

Hapa \(C_0\) ni konsentrasheni ya mwanzo ya rangi, \(C\) ni konsentrasheni ya rangi katika muda fulani \(t\), \(t\) ni muda na \(k\) ni thabiti dhahiri ya kasi ya daraja la kwanza. Chanzo kinaripoti:

\[ k=12.16\times10^{-3}\ {\rm min^{-1}} \]

na

\[ t_{1/2}=57.5\ {\rm min} \]

thamani hizi.

Katika kinetika bora ya daraja la kwanza, dhana ya nusu-uhai inahusiana kimawazo na uhusiano \(t_{1/2}=\ln 2/k\). Uhusiano huu wa kawaida unapotumika kwa thamani za chanzo unatoa matokeo katika kiwango cha takribani dakika 57; ukaguzi huu si matokeo mapya ya jaribio na umewekwa tu kueleza kwamba thamani zilizoripotiwa za \(k\) na \(t_{1/2}\) ziko katika kiwango cha kihisabati kinachokaribiana.

Maelezo ya grafu ndani ya chanzo: Ingawa maandishi yanafafanua kinetika kwa \(\ln(C/C_0)=-kt\), paneli husika ya grafu inaonyesha mhimili wima kama \(C/C_0\), na pia inaandika “slope 0.005281” na “rate 0.01216” kama namba mbili tofauti. Chanzo hakielezi kwa nini thamani hizi ni tofauti.

Jaribio la kunasa radikali

Chanzo kiliongeza vitu mbalimbali vya scavenger ili kuchunguza ni spishi gani tendaji inayotawala zaidi katika uvunjaji wa AMR. Kupungua kwa kiwango kikubwa zaidi kwa uvunjaji baada ya kuongeza isopropanoli kulitafsiriwa na waandishi kuwa radikali ya hidroksili OH• ndiyo spishi hai inayotawala.

Matokeo haya ni dalili ya majaribio kuhusu mekanizimu; hayamaanishi kwamba hatua zote za kati za mmenyuko zilionekana moja moja moja kwa moja kwa spektroskopi.

Kwa nini TOC ni tofauti na kipimo cha absorbansi?

Kutoweka kwa rangi inayoonekana ya rangi hakuthibitishi peke yake kwamba molekuli imevunjika kabisa hadi CO₂ na bidhaa ndogo zisizo ogani. Sehemu ya kromofori inayotoa rangi inaweza kuvunjika huku bidhaa nyingine za kati za ogani zikiendelea kuwepo katika mazingira.

Kaboni ogani jumla (TOC) kwa hiyo ilitumiwa kutathmini kama kiasi cha kaboni ogani katika myeyusho hupungua kadiri muda unavyopita. Chanzo kinaripoti kuondolewa kwa kiwango cha juu cha takribani %90 TOC baada ya dakika 125.

Hata hivyo, kupungua kwa TOC hakutambui utambulisho au sumu ya kila bidhaa ya mwisho. Chanzo hakiripoti utambuzi mpana wa bidhaa za kati wala uchanganuzi wa sumu ya bidhaa.

Uboreshaji wa fotokatalisisi

Tofauti ya 40 mg - 20 mg: Maelezo ya jaribio kuu na sehemu ya matokeo ya fotokatalisisi zinasema 40 mg La-CdO ilitumika, huku sehemu ya uboreshaji ikiripoti 20 mg kama kiasi bora cha katalizata. Masharti haya mawili hayapaswi kuunganishwa kama hatua moja ya jaribio.

Istilahi ya mwanga wa jua - UV: Ingawa sehemu kubwa ya makala inazungumzia fotokatalisisi chini ya mwanga wa asili wa jua, sentensi moja katika sehemu ya uboreshaji inaandika “125 minutes of UV light exposure”. Kwa kuwa hakuna mpangilio tofauti wa taa ya UV wala modeli ya taa iliyoelezwa, Verianla haijakisia kwamba huu ni mfumo wa pili huru wa jaribio la UV.

Tofauti ya mpangilio wa paneli: Maelezo ya kielelezo cha chanzo yanafafanua paneli (b) kuwa kiasi cha katalizata na paneli (c) kuwa pH. Maandishi yanarejelea Fig.16b kwa pH na Fig.16c kwa kiasi cha katalizata. Kwa kuwa picha ya chanzo haijachorwa upya, tofauti hii imehifadhiwa tu kama maelezo ya kimetodolojia.

Mekanizimu ya fotokatalitiki inayopendekezwa na chanzo

Chanzo kinapendekeza kwamba La-CdO inapofyonza nishati ya mwanga, elektroni husisimuliwa kutoka bendi ya valensi kwenda bendi ya upitishaji na jozi za elektroni-tundu huundwa. Kiini cha mekanizimu ni kwamba elektroni katika bendi ya upitishaji huingiliana na O₂ iliyoadsorbiwa na kuunda radikali ya superoksidi, huku matundu yakitengeneza spishi tendaji za kioksidishaji kupitia maji/spishi za hidroksili.

Katika chanzo, mekanizimu imetolewa kwa mpangilio wa hatua zifuatazo za mmenyuko:

\[ {\rm La-CdO\ NPs}+{\rm UV\ energy} \rightarrow {\rm La-CdO^*(Energy)} \]

\[ {\rm La-CdO^*(Energy)} \rightarrow {\rm La-CdO^*}(h^+ + e^-) \]

\[ {\rm La-CdO^*}(e^-)+O_2 \rightarrow O_2^{\bullet-} \]

\[ O_2^{\bullet-}+H_2O \rightarrow OH^\bullet+OH^- \]

\[ O_2^{\bullet-}\ {\rm ve}\ OH^\bullet \rightarrow CO_2+{\rm kaynakta\ “harmless\ byproducts”\ olarak\ adlandırılan\ ürünler} \]

Kauli hizi ni hatua za kimchoro za mekanizimu zilizowasilishwa katika chanzo. Hazipaswi kutathminiwa kama seti kamili ya milinganyo ya stoikiometria inayoonyesha hatua zote za kati za kemikali zilizokamilika na kusawazishwa, bidhaa zote zenye kaboni au sumu ya bidhaa za mwisho.

Matokeo yanayoungwa mkono moja kwa moja na utafiti

• Chembechembe nano za CdO zilizoongezwa La zilitayarishwa kwa mbinu ya mwako wa myeyusho.
• Data za PXRD, TEM, SAED na XPS zilitafsiriwa na chanzo kuwa zinaendana na muundo wa kioo wa CdO na uongezaji wa La.
• Katika HRTEM, nafasi ya kimiani ya 0,27 nm ilihusishwa na ndege ya (111).
• Katika tathmini ya UV-Vis/DRS-Tauc, pengo la nishati ya optiki la 2,75 eV liliripotiwa kwa La-CdO.
• Elektrodi ya La-CdO-grafiti ilionyesha ishara za CV zinazotegemea kuongezwa kwa Li⁺ na Hg⁺ katika 0,1 M HCl.
• Chanzo kinaripoti LOD 0,24 mM na LOQ 0,68 mM kwa Li⁺.
• Chanzo kinaripoti LOD 0,137 mM na LOQ 0,415 mM kwa Hg⁺.
• Katika maandishi makuu ya chanzo, R²=0,9508 na 0,9232 zimetolewa kwa matawi ya regresheni ya Hg⁺.
• Imeripotiwa kwamba ishara ilihifadhiwa kwa kiasi kikubwa katika mizunguko mitano mfululizo ya CV.
• Katika jaribio la La-CdO + AMR + mwanga, takribani %90 ya uvunjaji iliripotiwa baada ya dakika 125.
• Thabiti ya kasi ya fotokatalitiki imetolewa kuwa 12,16×10^-3 min^-1 na nusu-uhai kuwa dakika 57,5.
• Kwa kutegemea jaribio la kunasa kwa isopropanoli, radikali OH• ilitafsiriwa kuwa spishi ya kioksidishaji inayotawala.
• Chanzo kinaripoti kuondolewa kwa TOC hadi %90 baada ya dakika 125.

Matokeo yasiyoungwa mkono moja kwa moja na utafiti

• Ugunduzi wa Li⁺/Hg⁺ katika maji halisi ya kunywa, maji taka, ekstrakti ya udongo au sampuli ya kibiolojia haujaonyeshwa.
• Kwa kuwa hakuna paneli pana ya interferensia yenye ioni nyingine zilizopo pamoja iliyyoripotiwa, uteuzi katika matriksi halisi haujathibitishwa kikamilifu.
• Tofauti kati ya R²=0,9570 ya muhtasari kwa Li⁺ na R²=0,0954 na 0,0671 katika vielelezo vya regresheni haijatatuliwa.
• Usemi “Trace-level” haubadilishi ukweli kwamba masafa ya jaribio ni ya millimola.
• Baadhi ya potensiali za vilele vya Hg⁺ na Li⁺ zilizotolewa katika chanzo ziko nje ya madirisha ya skani yaliyotajwa; Verianla haijazibadilisha kwa thamani “zilizosahihishwa”.
• Tofauti ya C_SP kati ya 210 F/g na 273 F/g haijaelezwa katika chanzo.
• Jaribio la mizunguko mitano halithibitishi maisha ya muda mrefu uwanjani wala uimara wa kifaa cha kibiashara.
• Majaribio ya fotokatalisisi hayakufanywa katika maji taka halisi ya viwanda vya nguo.
• Kupungua kwa TOC peke yake hakuthibitishi kwamba bidhaa zote za uvunjaji hazina madhara ya kitoksikolojia.
• Chanzo hakikujaribu uzalishaji wa bidhaa kwa kiwango cha viwanda, uchanganuzi wa mzunguko wa maisha au upanuzi wa kiuchumi wa kiwango.
• Kuachiliwa kwa nanomateriali yenye Cd katika mazingira au kuvuja kwa metali baada ya mchakato hakukutathminiwa katika utafiti huu.

Kutolingana muhimu ndani ya chanzo

Mapungufu makuu ya kimetodolojia

Uwiano wa muundo wa elektrodi na utaratibu wa kina wa utengenezaji haukurudiwa katika makala hii, bali umeelekezwa kwenye kazi ya awali. Utaratibu wa kuandaa ekstrakti ya mimea pia umechukuliwa kwa namna hiyohiyo kutoka kazi ya awali. Hali hii inapunguza uwezo wa kuzalisha upya kikamilifu mbinu kwa kutumia makala hii pekee.

Tafiti za sensa zinategemea myeyusho wa maabara uliotayarishwa katika 0,1 M HCl badala ya sampuli halisi za mazingira. Jaribio pana la interferensia, utafiti wa urejeshaji katika sampuli halisi na ulinganisho kipofu na mbinu rejea ya uchanganuzi havijaripotiwa.

Ingawa grafu zimeonyeshwa kwa ujirudiaji na uwezo wa kuzalisha upya, idadi ya marudio ya jaribio, mkengeuko wa kawaida/RSD na uchanganuzi mpana wa makosa havijatolewa.

Mizunguko mitano ya matumizi tena katika sehemu ya fotokatalisisi ina thamani, lakini kutathmini uthabiti wa muda mrefu, upotevu wa katalizata, kuvuja kwa Cd/La au athari ya vipengele vya maji taka halisi kwenye utendaji iko nje ya wigo wa utafiti huu.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Kichwa asili: Recent advances in selective and sensitive electrochemical spotting of toxic mercury (Hg+) and lithium (Li+) ions utilizing modified La-CdO/CdO electrode and its photocatalytic applications

Waandishi: B. S. Surendra; H. N. Sowmya; B. R. Vidya; R. Shruthi; B. P. Deepthi; M. Bhaskar; Kar-Ban Tan; H. C. Ananda Murthy; Kah-Yoong Chan.

Mpangilio wa waandishi: Mpangilio uliotolewa katika chanzo umehifadhiwa.

Waandishi wanaowajibika: H. C. Ananda Murthy na Kah-Yoong Chan.

Mchango sawa: Hakuna taarifa ya mwandishi mwenza wa kwanza/mchango sawa katika chanzo.

Uhusiano wa taasisi 1: Department of Chemistry, Dayananda Sagar College of Engineering, Bengaluru-560078, India.

Uhusiano wa taasisi 2: Department of Civil Engineering, Dayananda Sagar College of Engineering, Bangalore 560078, India.

Uhusiano wa taasisi 3: Department of Civil Engineering, G Madegowda Institute of Technology, Mandya-571422, India.

Uhusiano wa taasisi 4: Department of Civil Engineering, BGS Institute of Technology, Adichunchanagiri University, B.G. Nagara, Bellur Cross, Nagamangala, Mandya-571448, India.

Uhusiano wa taasisi 5: Department of Civil Engineering, Dayananda Sagar Academy of Technology and Management, Bengaluru-560082, India.

Uhusiano wa taasisi 6: Department of Chemistry, Centre for Nanoscience & Nanotechnology, Global Academy of Technology, Ideal Homes Township, R R Nagar, Bangalore-560098, India.

Uhusiano wa taasisi 7: Department of Chemistry, Faculty of Science, Universiti Putra Malaysia, 43400 Serdang, Selangor, Malaysia.

Uhusiano wa taasisi 8: Department of Applied Chemistry, School of Applied Sciences, Papua New Guinea University of Technology, Lae, Morobe Province, 411, Papua New Guinea.

Uhusiano wa taasisi 9: Centre for Advanced Devices and Systems, Centre of Excellence for Robotics and Sensing Technologies, Multimedia University, Persiaran Multimedia, Cyberjaya, 63100, Selangor, Malaysia.

Uhusiano wa taasisi 10: Faculty of Artificial Intelligence and Engineering, Multimedia University, Persiaran Multimedia, Cyberjaya, 63100, Selangor, Malaysia.

Jarida: Scientific Reports.

Mchapishaji: Springer Nature.

DOI: 10.1038/s41598-026-62828-1

Aina ya chanzo: Makala ya utafiti wa kimajaribio; usanisi wa nanomateriali, utambuzi wa sifa za nyenzo, sensa ya kielektrokemia na utafiti wa fotokatalisisi.

Toleo lililopakiwa: Accepted Article Manuscript / Article in Press. PDF inaeleza wazi kwamba ni toleo la ufikivu wa mapema ambalo halijahaririwa kabla ya uchapishaji wa mwisho.

Rekodi ya sasa ya bibliografia: Scientific Reports, Juzuu 16, Makala 33551 (2026). Rekodi rasmi inaonyesha tarehe ya kuchapishwa 24 Julai 2026.

Tarehe ya kupokelewa: 28 Aprili 2026.

Tarehe ya kukubaliwa: 14 Julai 2026.

Hali ya mapitio ya kitaalamu: Ni makala ya utafiti iliyopitiwa na wataalamu, iliyokubaliwa na kuchapishwa katika Scientific Reports; faili iliyopakiwa ni toleo la Article in Press baada ya kukubaliwa.

Leseni: Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0).

Athari ya kuona ya leseni: Kwa sababu ya sharti la NoDerivatives, grafu za chanzo, mikroskopi, michoro ya majaribio na michoro ya mekanizimu hazikurekebishwa na kuchorwa upya. Namba za kisayansi na mahusiano ya ukweli yamewasilishwa kupitia majedwali na maelezo huru ya Verianla.

Mkabala mkuu wa usanisi: Mbinu ya mwako wa myeyusho wa maji wa prekusa za La(NO₃)₃·6H₂O na Cd(NO₃)₂ pamoja na 0,5 mL “green fuel” kutoka Zingiber Officinale; kuchanganya kwa dakika 15 katika 600 rpm na tanuru ya muffle ya 450 °C.

Utambuzi wa sifa: PXRD, SEM-EDX/EDAX, TEM/HRTEM/SAED, XPS, FT-IR na UV-Vis/DRS.

Mbinu ya kielektrokemia: CV na EIS; Ag/AgCl rejea, Pt elektrodi pinzani, elektrodi kazi ya La-CdO/CdO, 0,1 M HCl.

Masafa ya kazi ya sensa: 1-5 mM kwa Li⁺ na Hg⁺; 30 mV/s katika majaribio ya sensa.

Mfumo wa fotokatalitiki: Rangi iliyoandikwa katika chanzo kama “Amranth (AMR)”; fotokatalisisi ya La-CdO chini ya mwanga; uchanganuzi wa absorbansi, asilimia ya uvunjaji, matumizi tena, kinetika, scavenger na TOC.

Muundo wa kitakwimu: Chanzo hutumia thamani za R² katika regresheni. Zaidi ya hapo, thamani ya p, muda wa kujiamini, uchanganuzi mpana wa variansi au ukubwa wa athari ya jaribio havijaripotiwa.

Ufadhili: “No funds received.” Waandishi waliripoti kwamba hakuna fedha zilizopokelewa kwa utafiti huu.

Mgongano wa maslahi: Waandishi wanatangaza kwamba hakuna maslahi yanayoshindana.

Upatikanaji wa data: Imeripotiwa kwamba data zitatolewa kwa ombi lenye msingi.

Michango ya waandishi: B. S. Surendra: supervision, design, investigation, data analysis na uandishi wa makala ya mwisho; H. N. Sowmya: formal analysis; B. R. Vidya na R. Shruthi: visualization na methodology; B. P. Deepthi na M. Bhaskar: data curation na validation; Kar-Ban Tan, H. C. Ananda Murthy na Kah-Yoong Chan: resources, final editing na review.

Mapungufu muhimu ya uwezo wa kuzalisha upya: Makala hii haitoi katika sehemu yake ya mbinu maandalizi ya kina ya uchimbaji wa green-fuel wala uwiano kamili wa muundo wa elektrodi ya La-CdO-grafiti, bali inaelekeza kwenye kazi za awali. Aidha, baadhi ya namba/alama za kielektrokemia na fotokatalitiki hazipatani ndani ya chanzo.

Kikomo kikuu cha tafsiri: Utafiti unachunguza utendaji wa nyenzo, sensa na fotokatalisisi katika kiwango cha maabara. Uteuzi katika sampuli halisi ya mazingira, kiwango cha viwanda, uthabiti wa muda mrefu uwanjani au usalama wa bidhaa zote za uvunjaji haujathibitishwa na utafiti huu.