Ин таҳқиқот наносфераҳои мезосӯрохдори аз оксиди алфа-оҳан, ки бо номи гематит маъруф аст, ҳамчун маводи электроди псевдокапаситивӣ дар электролити обӣ коркунандаро баррасӣ кардааст. Муҳаққиқон сохтори кристаллӣ, сӯрохнокӣ, химияи сатҳ ва рафтори электрохимиявии зарраҳои α-Fe₂O₃-ро, ки бо синтези солвотермалӣ ва сипас коркарди гармӣ ба даст оварда шудаанд, арзёбӣ кардаанд. Мувофиқи таҳлилҳои таҳқиқот, мавод дорои сохтори ромбоэдрии α-Fe₂O₃ мебошад, ки дар он фазаи дуюмдараҷаи оксиди оҳан муайян нашудааст, андозаи зарраҳо аз 100 nm хурд аст ва меъмории мезосӯрохдори ба ҳам пайваст дорад.

Дар ченкуниҳои адсорбсияи нитроген масоҳати хоси сатҳ 30 m²/g, ҳаҷми умумии сӯрохҳо 0,26 cm³/g ва диаметри бартаридоштаи сӯрохҳо 7,2 nm ҳисоб шудааст. Пешниҳод мешавад, ки ин сохтори сӯрохдор дастрасии электролитро ба дохили зарраҳо осон мекунад, роҳҳои интиқоли ионҳоро кӯтоҳ месозад ва истифодаи электрохимиявии марказҳои оҳанро зиёд мекунад.

Электроде, ки дар тарҳбандии сеэлектрода ва дар электролити 3 M KOH санҷида шуд, дар зичии ҷараёни 1 A/g ғунҷоиши хоси 298 F/g ба даст овард. Қуллаҳои оксидшавӣ ва барқароршавӣ дар каҷхатҳои волтамметрияи даврӣ нишон медиҳанд, ки захиракунии заряд на танҳо ба ҷамъшавии электростатикии ионҳо, балки ба реаксияҳои Фарадейӣ, ки табдилҳои Fe³⁺/Fe²⁺-ро дар бар мегиранд, асос меёбад.

Мувофиқи ҷудокунии кинетикии Dunn, дар суръати сканкунии 20 mV/s тақрибан %77 заряди захирашуда аз равандҳои таҳти назорати диффузия ва %23 аз равандҳои капаситивӣ сарчашма гирифтааст. Вақте суръати сканкунӣ ба 100 mV/s расид, саҳми капаситивӣ то %41 зиёд шуд ва саҳми таҳти назорати диффузия то %59 коҳиш ёфт. Бо вуҷуди ин, дар ҳамаи суръатҳои сканкунии баррасишуда механизми таҳти назорати диффузия бартаридошта боқӣ монд.

Электрод пас аз 10.000 даври пайвастаи заряд-разряд тақрибан %80 ғунҷоиши ибтидоии худро нигоҳ дошт. Дар ҳамин раванд самаранокии Кулонӣ аз тақрибан %97,2 то беш аз %99,3 афзуд. Муҳаққиқон ин афзоишро бо он пайваст кардаанд, ки электролит бо мурури вақт ба сӯрохҳои амиқтар мерасад ва минтақаҳои электрохимиявие, ки дар оғоз дастнорас буданд, барои истифода боз мешаванд. Аммо ин шарҳи “фаъолшавии тадриҷӣ” бо ченкуниҳои мустақими сохторӣ ё химиявии пас аз даврзанӣ тасдиқ нашудааст.

Таҳқиқот дастгоҳи пурраи суперконденсаторро нишон намедиҳад. Натиҷаҳо ба системаи лаборатории сеэлектрода тааллуқ доранд, ки дар он як электроди фаъол бо электроди муқобили платина ва электроди истинодии Ag/AgCl чен карда шудааст. Зичии энергия, зичии қувва, кори ҳуҷайраи дуэлектрода, имкони истеҳсоли силсилавӣ ва умри дастгоҳи тиҷоратӣ арзёбӣ нашудаанд.

Аҳамияти эҳтимолӣ аз нигоҳи Туркия

Дар таҳқиқот ашёи хом, корхонаи истеҳсолӣ, низоми энергетикӣ ё маълумоти саноатии марбут ба Туркия истифода нашудааст. Бо вуҷуди ин, он ки оксиди оҳан маводи электродии нисбатан фаровон, камзаҳр ва дорои имкони арзиши паст аст, усулро барои таҳқиқоти мавод дар Туркия дар самтҳои суперконденсаторҳо, захиракунии гибридии энергия, электроникаи қувва ва системаҳои дастгирии энергияи барқароршаванда ҷолиб мегардонад.

Барои гузаштан ба татбиқи воқеӣ дар Туркия лозим аст, ки дастури синтез пурра карда шавад, электродҳо бо боркунии бештари моддаи фаъол истеҳсол шаванд, ҳуҷайраҳои симметрӣ ё асимметрии дуэлектрода сохта шаванд, зичии энергия ва қувва ҳисоб карда шавад, санҷишҳо дар ҳароратҳои гуногун гузаронида шаванд ва натиҷаҳо дар такрорҳои истеҳсолии садҳо ҳуҷайра тасдиқ гарданд. Таҳқиқот кори тиҷоратӣ, арзиш ё бехатарии ягон суперконденсатори маҳаллиро исбот намекунад.

Саволи асосии таҳқиқот чист?

Псевдоконденсаторҳо, бар хилофи конденсаторҳои қабати дугонаи барқӣ, зарядро танҳо ба таври электростатикӣ дар сатҳи электрод нигоҳ намедоранд. Онҳо инчунин аз реаксияҳои зуд ва баргаштпазири оксидшавӣ-барқароршавӣ, ки дар сатҳ ё наздикии сатҳ рух медиҳанд, истифода мебаранд. Ин механизм метавонад иқтидори бештари захираи зарядро таъмин кунад; аммо ионҳо бояд ба минтақаҳои фаъол расанд ва электронҳо дар дохили электрод интиқол ёбанд.

α-Fe₂O₃ ба сабаби фаровонии табиӣ, устувории химиявӣ ва ҷуфти редоксии Fe³⁺/Fe²⁺ маводи номзади псевдокапаситивӣ мебошад. Дар муқобил, ноқилии пасти дохилии барқӣ, интиқоли сусти ионҳо ва истифода шудани танҳо як қисми моддаи фаъол иҷроишро маҳдуд мекунанд.

Муҳаққиқон кӯшиш кардаанд, ин мушкилро бо меъмории наносферае коҳиш диҳанд, ки аз зарраҳои хурдтар аз 100 nm ва сӯрохҳои ба ҳам пайвасти тақрибан 7,2 nm иборат аст. Фарзияи асосӣ ин аст, ки мезосӯрохҳо дастрасии электролитро осон мекунанд, масофаи ҳаракати ионҳоро коҳиш медиҳанд ва дар давоми даврҳои такрорӣ минтақаҳои фаъоли бештарро ба раванди электрохимиявӣ ворид месозанд.

Мавод чӣ гуна синтез шудааст?

Моддаҳои асосии истифодашуда дар қисми таҷрибавӣ инҳоянд:

• Хлориди оҳан(III) гексагидрат, FeCl₃·6H₂O
• Ацетати натрий, CH₃COONa
• Этиленгликол, C₂H₆O₂
• Оби деионизатсияшуда

Мувофиқи матн, хлориди оҳан(III) гексагидрат дар этиленгликол бо омехтакунии магнитӣ ҳал карда шуда, сипас ацетати натрий ҳамчун роҳнамои сохтор ва танзимгари таҳшиншавӣ илова шудааст. Маҳлули якхелаи пешгузашта ба автоклави аз пӯлоди зангногир бо рӯйпӯши Тефлон гузаронида шуда, пас аз коркарди солвотермалӣ маҳсулот бо сентрифугакунӣ ҷудо, бо оби деионизатсияшуда ва этанол шуста ва дар 80 °C хушк карда шудааст. Сипас он дар ҳаво тав дода шуда, α-Fe₂O₃-и кристаллӣ ба вуҷуд оварда шудааст.

Бо вуҷуди ин, матни усул дастури синтези такроршавандаро пешниҳод намекунад. Миқдори FeCl₃·6H₂O, ацетати натрий ва этиленгликол; дараҷаи пуршавии автоклав; ҳарорат ва вақти солвотермалӣ; суръати гармкунӣ; ҳарорат, давомнокӣ ва ҷараёни атмосфера ҳангоми тавдиҳӣ нишон дода нашудаанд.

Хулосаи графикии саҳифаи 1 бошад, бар хилофи матн нишон медиҳад, ки ҳамроҳи пешгузаштаи оҳан мочевина истифода шудааст, раванди солвотермалӣ дар 180 °C барои 12 соат ва калсинатсия дар 500 °C барои 3 соат анҷом дода шудааст. Дар қисми асосии таҷрибавӣ навишта шудани ацетати натрий ва набудани ин параметрҳои дақиқ номуайян мегузорад, ки кадом версияи протоколи синтез истифода шудааст.

Таҳлилҳои сохторӣ бо кадом усулҳо анҷом дода шудаанд?

Натиҷаҳои XRD

Дар Расми 1(a)-и саҳифаи 6 қуллаҳои дифраксионӣ дар тақрибан 24,1°, 33,2°, 35,6°, 40,9°, 49,5°, 54,1°, 57,6°, 62,5° ва 64,0° нишон дода шудаанд. Таҳқиқот ин қуллаҳоро мутаносибан ба ҳамвориҳои (012), (104), (110), (113), (024), (116), (018), (214) ва (300)-и сохтори ромбоэдрии α-Fe₂O₃ нисбат додааст.

Азбаски қуллаи равшане, ки ба фазаҳои иловагии оксиди оҳан нисбат дода шавад, дида нашуд, муҳаққиқон маҳсулотро гематити аз ҷиҳати фазавӣ пок арзёбӣ карданд. Қуллаҳои тези дифраксионӣ ҳамчун нишонаи кристаллияти баланди мавод шарҳ дода шуданд.

Натиҷаҳои Raman ва FTIR

Дар спектри Raman дар минтақаҳои тақрибан 225, 247, 293, 412, 499 ва 613 cm⁻¹ қуллаҳое гузориш шудаанд, ки ба ларзишҳои A_1g ва E_g-и гематит вобаста дониста шудаанд. Набудани бандҳои равшани фазаҳои бегона ҳамчун натиҷае пешниҳод шудааст, ки шиносоии фаза тавассути XRD-ро дастгирӣ мекунад.

Банди васеи тақрибан 3400 cm⁻¹ дар спектри FTIR ба гурӯҳҳои гидроксилии дар сатҳ адсорбшуда ва молекулаҳои об, банди тақрибан 1630 cm⁻¹ ба ларзиши хамшавии оби молекулавӣ нисбат дода шудааст. Бандҳои қавии зери 700 cm⁻¹ ҳамчун ларзишҳои Fe–O дар панҷараи α-Fe₂O₃ шарҳ дода шудаанд.

Меъмории мезосӯрохдор

Графики адсорбсия-десорбсияи нитроген дар саҳифаи 7 ҳамчун изотермаи Навъи IV бо ҳалқаи гистерезис дар фишорҳои нисбии баланд тавсиф шудааст. Рафтори Навъи IV бо конденсатсияи капиллярӣ дар дохили сӯрохҳои маводи мезосӯрохдор алоқаманд аст.

Масоҳати сатҳи 30 m²/g дар муқоиса бо карбонҳои масоҳати сатҳашон баланд хеле бузург нест. Далели таҳқиқот ин аст, ки ин масоҳати сатҳи миёна бо нигоҳ доштани якпорчагии кристаллӣ шумораи кофии марказҳои оҳани дастрасро таъмин мекунад. Пешниҳод мешавад, ки сӯрохҳои ба ҳам пайвасти дорои диаметри тақрибан 7,2 nm воридшавии электролити KOH ба сохтор ва интиқоли ионҳоро осон мекунанд.

Морфология ва панҷараи кристаллӣ

Тасвирҳои FE-SEM ва TEM дар саҳифаи 8 нишон медиҳанд, ки зарраҳои асосан курашакл ва хурдтар аз 100 nm кластерҳои сӯрохдор ташкил мекунанд. Зарраҳо ба ҷойи кураҳои комилан ҷудогонаи алоҳида аз сохторҳои наноскопии бо ҳам дар тамос иборатанд.

Дар тасвирҳои HR-TEM фосилаҳои панҷараи тақрибан 0,25 nm ва 0,27 nm чен карда шудаанд. Муҳаққиқон онҳоро мутаносибан ба ҳамвориҳои кристаллии (012) ва (104)-и α-Fe₂O₃ нисбат додаанд.

Дар спектри Fe 2p XPS қуллаҳои асосии тақрибан 711,5 ва 724,9 eV ҳамроҳ бо хусусияти моҳвораии 719,1 eV дида шудаанд ва ин тақсимот ҳамчун сатҳи гематити бо Fe³⁺ бартаридошта шарҳ дода шудааст. Спектри EDX оҳан ва оксигенро нишон дода, дар ҳудуди ҳассосияти ченкунӣ ягон элементи дигари равшан гузориш нашудааст.

Электрод ва ҳуҷайраи электрохимиявӣ

Ченкуниҳои электрохимиявӣ дар ҳуҷайраи сеэлектрода анҷом дода шуданд:

Таносуби вазнии моддаи фаъол, карбони ноқил ва пайвасткунанда; навъи пайвасткунанда; ҳалкунанда; масоҳати рӯйпӯш; массаи фаъол; ғафсии электрод ва зерпояи ноқил шарҳ дода нашудаанд. Ин камбудиҳо такрор кардани ғунҷоиши хосро дар лабораторияи дигар бо ҳамон шароит мушкил мегардонанд.

Ғунҷоиши хос чӣ гуна ҳисоб шудааст?

Аз каҷхатҳои разряди галваностатикӣ ғунҷоиши хос бо муодилаи зерин ҳисоб карда шудааст:

\[ C_s=\frac{I\Delta t}{m\Delta V} \]

Дар ин ҷо \(C_s\) ғунҷоиши хосро бо воҳиди F/g, \(I\) ҷараёни разряд, \(\Delta t\) вақти разряд, \(m\) массаи моддаи фаъол ва \(\Delta V\) диапазони потенсиалро пас аз хориҷ кардани пастшавии IR нишон медиҳад.

Эътимоднокии ин ҳисоб бевосита ба муайянкунии дурусти массаи фаъол вобаста аст. Азбаски дар таҳқиқот боркунии массаи фаъол дода нашудааст, маълум нест, ки натиҷаи 298 F/g аз электроди кадом миқёси миллиграммӣ ба даст омадааст.

Самаранокии Кулонӣ чӣ гуна ҳисоб шудааст?

Самаранокии Кулонӣ аз таносуби вақти заряд ва разряд ҳисоб карда шудааст:

\[ \eta=\frac{t_d}{t_c}\times100 \]

\(t_d\) вақти разряд ва \(t_c\) вақти зарядро ифода мекунад. Дар ҷараёни доимӣ наздик шудани вақти разряд ба вақти заряд нишон медиҳад, ки қисми бештари заряди воридшуда ба электрод бозпас гирифта мешавад. Аммо ин нишондиҳанда маънои онро надорад, ки ҳаҷми умумии заряди нигоҳдошташавандаи электрод тағйир наёфтааст. Ҳангоми кам шудани ғунҷоиш, самаранокии Кулонӣ метавонад ҳамзамон афзоиш ёбад.

Натиҷаҳои волтамметрияи даврӣ

Каҷхатҳои CV дар саҳифаи 9 бо суръатҳои сканкунии 20, 40, 60, 80 ва 100 mV/s чен карда шудаанд. Дар каҷхатҳо хусусияти оксидшавӣ дар атрофи тақрибан 0,5 V ва хусусияти барқароршавӣ дар атрофи тақрибан 0,3 V дида мешавад. Таҳқиқот ин қуллаҳоро ба табдилҳои Fe³⁺/Fe²⁺ нисбат додааст.

Бо баланд шудани суръати сканкунӣ профили умумии волтамметрӣ нигоҳ дошта шуд, вале дар қуллаҳо ҷобаҷошавиҳои маҳдуд ба вуҷуд омаданд. Муҳаққиқон ин ҷобаҷошавиро бо қутбишавии электрод ва кам шудани вақти дастрас барои расидани ионҳо ба минтақаҳои амиқи сӯрохҳо дар суръати баланди сканкунӣ шарҳ додаанд.

Натиҷаҳои заряд-разряди галваностатикӣ

Каҷхатҳои GCD аз шакли секунҷаи хаттӣ фарқ мекунанд ва минтақаҳои платои моилеро нишон медиҳанд, ки ба равандҳои Фарадейӣ хосанд. Дарозтарин вақти разряд дар зичии ҷараёни 1 A/g ба даст омадааст. Натиҷаи асосии гузоришшуда дар таҳқиқот:

тақрибан 298 F/g ғунҷоиши хос дар зичии ҷараёни 1 A/g

мебошад. Бо баланд шудани зичии ҷараён дар диапазони 2–5 A/g вақти разряд ба таври назаррас кӯтоҳ мешавад. Аммо дар матни таҳқиқот ғунҷоишҳои хос дар зичиҳои дигари ҷараён ба таври ададӣ дода нашудаанд ва ҷадвали муфассали қобилияти суръат пешниҳод нашудааст.

Механизми захиракунии заряд

Равиши Dunn барои ҷудо кардани ҷараёни волтамметрӣ ба саҳми капаситивии таҳти назорати сатҳ ва саҳми таҳти назорати диффузия, ки ба ҳаракати ионҳо дар дохили электрод вобаста аст, истифода шудааст.

Бо баланд шудани суръати сканкунӣ расидани ионҳо ба минтақаҳои амиқ мушкилтар шуд, бинобар ин саҳми нисбии равандҳои зуд ва наздик ба сатҳ афзуд. Бо вуҷуди ин, ҳатто дар 100 mV/s ҳам %59 заряди умумӣ таҳти назорати диффузия ҳисоб шудааст. Аз ин рӯ, рафтори электрод на пурра аз ғунҷоиши сатҳӣ, балки асосан аз интиқоли ионҳо ва равандҳои редоксии Fe³⁺/Fe²⁺ сарчашма мегирад.

Устувории 10.000 давр

Расми 6 дар саҳифаи 11 нигоҳдории ғунҷоиш ва самаранокии Кулониро дар як график нишон медиҳад. Нигоҳдории ғунҷоиш аз сатҳи ибтидоии %100 то тақрибан %80 дар охири 10.000 давр коҳиш ёфтааст. Коҳиш ба ҷойи фурӯпошии ногаҳонӣ шакли талафоти тадриҷӣ бо зиёд шудани шумораи даврҳоро доштааст.

Самаранокии Кулонӣ бошад, дар самти баръакс тағйир ёфта, аз тақрибан %97,2 оғоз карда то беш аз %99,3 баланд шудааст. Муҳаққиқон ин рафторро бо равандҳои эҳтимолии зерин алоқаманд кардаанд:

• Бо мурури вақт ворид шудани электролит ба минтақаҳои амиқтари мезосӯрохҳо
• Ба истифода даромадани минтақаҳои электрохимиявие, ки дар аввал дастнорас буданд
• Устувор шудани интерфейси электрод-электролит дар давоми даврзанӣ
• Коҳиши қутбишавӣ ва баргаштпазиртар шудани интиқоли заряд

Ин шарҳҳо бо маълумоти мавҷуда мувофиқанд; аммо механизмҳои мустақиман тасдиқшуда нестанд. Барои қавитар кардани даъвои фаъолшавӣ ченкуниҳои BET, XPS, TEM, Raman ва EIS ё таҳлили масоҳати фаъоли сатҳ дар шумораҳои гуногуни давр лозим мебуданд.

Импеданси электрохимиявӣ

Таҳқиқот мегӯяд, ки графики Nyquist дар басомади баланд буриши хурд, дар басомади миёна нимдоираи пахшшуда ва дар басомади паст хати торафт амудишавандаро нишон медиҳад.

Муқовимати пасти силсилавӣ ҳамчун нишонаи маҳдуд будани талафоти умумии омӣ дар электролит, электрод ва пайвастҳои барқӣ шарҳ дода шудааст. Муқовимати интиқоли заряди тақрибан 20 Ω бошад, муқовимати равандҳои Фарадейиро дар интерфейси электрод-электролит ифода мекунад.

Байни муҳтавои визуалии Расми 7 ва тавзеҳи он мушкили равшани тамғагузорӣ вуҷуд дорад. Гарчанде меҳвари панели (c) кунҷи фазаро нишон медиҳад, дар тавзеҳ қисми ҳақиқии модули барқӣ навишта шудааст. Дар панели (d) графики дигаре бо занҷири эквивалентӣ мавҷуд аст, аммо тавзеҳ онро ҳамчун қисми мавҳумии модули барқӣ тавсиф мекунад. Аз ин рӯ, тафсирҳои модули барқиро мустақил аз расм тасдиқ кардан мумкин нест.

Муқоисаи адабиёт

Ҷадвал иддао мекунад, ки электроди мавҷуда баландтарин ғунҷоиши хос ва дарозтарин натиҷаи санҷиши давриро дорад. Аммо манбаи рақами [4], ки ба сатри “наносимҳои гематит” дода шудааст, дар рӯйхати адабиёт ба нанолавҳаҳои Ni(OH)₂ дахл дорад. Илова бар ин, боркунии масса, диапазони потенсиал, электролит, зерпоя ва усулҳои омодасозии электрод дар лабораторияҳои гуногун яксон нестанд. Аз ин рӯ, ҷадвал набояд ҳамчун раддабандии мустақим ва қатъии иҷроиш қабул карда шавад.

Ҷанбаҳои қавии таҳқиқот

• Мавод бо усулҳои мукаммали XRD, Raman, FTIR, BET/BJH, FE-SEM, TEM, HR-TEM, XPS ва EDX таҳқиқ шудааст.
• Кӯшиш шудааст, ки байни сохтори кристаллӣ ва рафтори электрохимиявӣ робитаи механистӣ барқарор карда шавад.
• Ченкуниҳои CV дар диапазони 20–100 mV/s ва GCD дар диапазони 1–5 A/g пешниҳод шудаанд.
• Бо усули Dunn саҳмҳои капаситивӣ ва таҳти назорати диффузия ҷудо карда шудаанд.
• Санҷиши дарозмуддати заряд-разряди 10.000 давр анҷом дода шудааст.
• Нигоҳдории ғунҷоиш ва самаранокии Кулонӣ дар як пайдарпаии даврӣ якҷоя пайгирӣ шудаанд.
• Бо спектроскопияи импеданс муқовимати силсилавӣ ва муқовимати интиқоли заряд арзёбӣ шудаанд.
• Маблағгузорӣ, бархӯрди манфиатҳо, дастрасии маълумот ва саҳми муаллифон баён шудаанд.

Маҳдудиятҳои таҳқиқот

• Таҳқиқот як препринти аз арзёбии ҳамтоён нагузашта мебошад.
• Хулосаи графикӣ ва моддаҳои синтези дар қисми таҷрибавӣ овардашуда ба ҳам мувофиқат намекунанд.
• Миқдори моддаҳо ва параметрҳои асосии солвотермалӣ-калсинатсия дар матни усул нопурраанд.
• Таносуби ҷузъҳои электрод, боркунии массаи фаъол, зерпоя ва масоҳати электрод дода нашудаанд.
• Равзанаи потенсиалии CV ва амплитудаи сигнали EIS дар матни усул дақиқ навишта нашудаанд.
• Такрорҳои мустақили намуна ва электрод нишон дода нашудаанд.
• Сутунҳои хатогӣ, инҳирофҳои стандартӣ ва номуайянии оморӣ пешниҳод нашудаанд.
• Тафсири фаъолшавӣ танҳо ба тамоюли самаранокии Кулонӣ асос ёфтааст.
• Пас аз даврзанӣ тавсифкунии сохторӣ ё химиявӣ анҷом дода нашудааст.
• Ҳамаи қиматҳои ададии вобастагии ғунҷоиш аз зичии ҷараён дода нашудаанд.
• Дар Расми 2 ва Расми 7 мушкилоти панел-тавзеҳ вуҷуд доранд.
• Дар ҷадвали муқоисаи адабиёт ҳадди ақал як хатои равшани мувофиқкунии манбаъ вуҷуд дорад.
• Ҳуҷайраи пурраи дуэлектрода сохта нашудааст.
• Зичии энергия ва зичии қувва ҳисоб карда нашудаанд.
• Рафтори электрод дар боркунии баланди масса ё сохтори электроди ғафс номаълум аст.
• Ҳассосият ба ҳарорат, консентратсияи электролит ва равзанаи потенсиал санҷида нашудааст.
• Истеҳсоли силсилавӣ, самаранокии ашёи хом ва арзиши истеҳсол арзёбӣ нашудаанд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Дар натиҷаи синтези истифодашуда сохтори кристаллии мувофиқ ба α-Fe₂O₃ ромбоэдрӣ ба даст омадааст.
• Мавод масоҳати сатҳи тақрибан 30 m²/g ва диаметри бартаридоштаи сӯрохи 7,2 nm дорад.
• Зарраҳо аз 100 nm хурд буда, дар шакли кластерҳои сӯрохдор ҳастанд.
• Дар системаи сеэлектродаи 3 M KOH дар 1 A/g ғунҷоиши хоси 298 F/g гузориш шудааст.
• Механизми захираи заряд дар суръатҳои таҳқиқшуда асосан таҳти назорати диффузия аст.
• Саҳми капаситивӣ бо баланд шудани суръати сканкунӣ аз %23 то %41 афзудааст.
• Электрод пас аз 10.000 давр тақрибан %80 ғунҷоиши худро нигоҳ доштааст.
• Самаранокии Кулонӣ дар давоми даврҳо аз тақрибан %97,2 то беш аз %99,3 афзудааст.
• Дар таҳлили импеданс муқовимати силсилавии тақрибан 0,5 Ω ва муқовимати интиқоли заряди 20 Ω ҳисоб шудаанд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот исбот намекунад

• Афзоиши самаранокии Кулонӣ худ аз худ исбот намекунад, ки минтақаҳои фаъоли қаблан дастнорас ба таври қатъӣ боз шудаанд.
• Натиҷаи 298 F/g ғунҷоиши ҳуҷайраи суперконденсатори тиҷоратӣ нест.
• Кори сеэлектрода нишон намедиҳад, ки дар дастгоҳи дуэлектрода низ ҳамон қимат ба даст меояд.
• Таҳқиқот зичии баланди энергия ё зичии баланди қувваро нишон намедиҳад.
• Нигоҳдории %80 пас аз 10.000 давр маънои набудани талафоти ғунҷоишро надорад.
• Бартарии мавод аз ҳамаи электродҳои оксиди оҳан нишон дода нашудааст.
• Натиҷаҳои ҷадвали адабиёт бинобар фарқияти шароити таҷрибавӣ мустақиман баробар нестанд.
• Мутобиқати мавод ба истеҳсоли силсилавӣ ё арзиши пасти истеҳсол ҳисоб карда нашудааст.
• Бехатарии электрод, устувории ҳароратӣ ва ташаккули газ дар дастгоҳи воқеӣ таҳқиқ нашудаанд.
• Таҳқиқот маҳсулоти омода барои истифода дар нақлиёти барқӣ, захираи шабакавӣ ё электроникаи маиширо пешниҳод намекунад.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Ҷараёни кори таҷрибавӣ

1. Хлориди оҳан(III) гексагидрат дар этиленгликол ҳал карда шудааст.
2. Мувофиқи матни таҷриба, ацетати натрий илова шуда, пешгузаштаи якхела омода шудааст.
3. Пешгузашта дар автоклави аз пӯлоди зангногир бо рӯйпӯши Тефлон ба коркарди солвотермалӣ гирифта шудааст.
4. Таҳшин бо сентрифугакунӣ ҷамъоварӣ, бо об ва этанол шуста шудааст.
5. Маҳсулот дар 80 °C хушк ва дар ҳаво тав дода шудааст.
6. Фазаи кристаллӣ бо XRD, Raman ва FTIR таҳқиқ шудааст.
7. Масоҳати сатҳ ва сӯрохҳо бо адсорбсияи N₂, усулҳои BET ва BJH муайян шудаанд.
8. Морфология бо FE-SEM, TEM ва HR-TEM тасвир шудааст.
9. Химияи сатҳ бо XPS ва таркиби элементӣ бо EDX арзёбӣ шудааст.
10. Аз моддаи фаъол, карбони ноқил ва пайвасткунанда электроди корӣ омода шудааст.
11. Электрод дар 3 M KOH бо электроди муқобили платина ва электроди истинодии Ag/AgCl санҷида шудааст.
12. Дар диапазони 20–100 mV/s ченкуниҳои CV анҷом дода шудаанд.
13. Дар зичиҳои гуногуни ҷараён ченкуниҳои GCD гузаронида шудаанд.
14. Бо равиши Dunn саҳмҳои захираи заряд ҷудо карда шудаанд.
15. Дар давоми 10.000 даври заряд-разряд ғунҷоиш ва самаранокии Кулонӣ пайгирӣ шудаанд.
16. Дар диапазони 100 kHz–0,01 Hz EIS татбиқ шудааст.

Натиҷаҳои асосии мавод

Натиҷаҳои асосии электрохимиявӣ

Арзёбии даъвои фаъолшавии тадриҷӣ

Хосатарин даъвои сарлавҳаи таҳқиқот ин аст, ки электрод ҳангоми истифодаи дарозмуддат “фаъолшавии тадриҷии электрохимиявӣ” нишон медиҳад. Ин ибора ба боло рафтани самаранокии Кулонӣ бо шумораи даврҳо асос ёфтааст.

Шарҳи эҳтимолии афзоиши самаранокӣ ин аст, ки электролит бо мурури вақт ба сӯрохҳое, ки дар оғоз тар нашуда буданд, ворид мешавад ва раванди заряд-разряд баргаштпазиртар мегардад. Аз нигоҳи физикӣ мумкин аст, ки сохтори мезосӯрохдор чунин равандро дастгирӣ кунад.

Бо вуҷуди ин, дар ҳамин даврҳо паст шудани ғунҷоиш аз %100 то тақрибан %80 нишон медиҳад, ки ҳаҷми умумии заряде, ки электрод метавонад нигоҳ дорад, коҳиш ёфтааст. Аз ин рӯ, таҳқиқот ба ду раванди ҳамзамон ишора мекунад: дар ҳоле ки ҳиссаи заряди бозпасгирифташаванда зиёд мешавад, иқтидори умумии захиракунӣ кам мегардад.

Барои исботи мустақими фаъолшавӣ мебоист дар марҳилаҳои гуногуни давр масоҳати сатҳи фаъол, ҳаҷми сӯрохҳо, таносуби Fe²⁺/Fe³⁺, муқовимати интиқоли заряд ва микроcохтор чен карда мешуданд. Азбаски ин ченкуниҳо мавҷуд нестанд, “фаъолшавии тадриҷӣ” шарҳи эҳтимолӣ, вале на ягонаи натиҷаҳои таҷрибавӣ мебошад.

Арзёбии умумии илмӣ

Таҳқиқот нишон медиҳад, ки наносфераҳои мезосӯрохдори α-Fe₂O₃ метавонанд дар электролити обии KOH рафтори псевдокапаситивӣ нишон диҳанд ва дар давоми санҷиши 10.000 давр комилан аз кор набароянд. Натиҷаи 298 F/g ва захираи заряди таҳти назорати диффузия нишон медиҳанд, ки марказҳои оҳан метавонанд ба таври электрохимиявӣ истифода шаванд.

Дар айни замон, нопуррагии маълумоти синтез ва омодасозии электрод такрор кардани натиҷаҳоро ҷиддан мушкил мекунад. Он ки хулосаи графикӣ ва матни таҷрибавӣ моддаҳои химиявии гуногунро нишон медиҳанд, номуайянии методиро зиёд мекунад. Пешниҳоди натиҷаҳои электрохимиявӣ бе сутунҳои хатогӣ ва танҳо ҳамчун каҷхатҳои алоҳида низ тағйирпазирии байни намунаҳоро пинҳон мекунад.

Тафсири мувофиқтарин ин аст, ки ин мавод дар миқёси лабораторӣ номзади умедбахши электрод мебошад. Аз таҳқиқоти мавҷуда хулоса кардан мумкин нест, ки он технологияи суперконденсатории тиҷоратӣ ё миқёспазир аст. Дар марҳилаи оянда дастури пурраи синтез, такрорҳои мустақил, боркунии баланди масса ва тасдиқи дастгоҳи дуэлектрода лозим аст.

Ёддошти манбаъ ва усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: Mesoporous α-Fe₂O₃ Nanospheres Exhibiting Progressive Electrochemical Activation for Durable Pseudocapacitive Energy Storage

Муаллифон ва тартиби онҳо: V Atheeque Ahmed; K Abdul Rahman; K Mohammed Rehan; S Mohammed Safiullah; P Muzammil; J Mohemed Ali.

Кушодани номҳо: Дар таҳқиқот на номҳои пурраи аввали муаллифон, балки шаклҳои дорои ҳарфҳои ибтидоии дар боло овардашуда истифода шудаанд. Кушодани номҳои тасдиқнашуда тахмин карда нашудааст.

Муаллифи якуми баробар: Дар таҳқиқот изҳороти саҳми баробар ё муаллифии якуми баробар вуҷуд надорад.

Муаллифи масъул: J Mohemed Ali. Дар таҳқиқот суроғаи электронии drjmaphy@gmail.com ва рақами телефони +91 78670 93591 дода шудааст. Дар сабти metadata-и SSRN номаш ҳамчун “J. Mohamed Ali” навишта шуда, ҳамчун муаллифи тамос нишон дода шудааст.

Мувофиқати муаллиф–муассиса:

• V Atheeque Ahmed, P Muzammil ва J Mohemed Ali: Department of Physics, Islamiah College (Autonomous), вобаста ба Thiruvalluvar University, Vaniyambadi, Tamil Nadu, Ҳиндустон.
• K Abdul Rahman: School of Advanced Sciences, Department of Physics, Vellore Institute of Technology, Vellore, Tamil Nadu, Ҳиндустон.
• K Mohammed Rehan ва S Mohammed Safiullah: P.G. & Research Department of Chemistry, C. Abdul Hakeem College (Autonomous), Melvisharam, Tamil Nadu, Ҳиндустон.

DOI: 10.2139/ssrn.6935083

Навъи манбаъ: Мақолаи таҳқиқотии препринт, ки синтези мавод, тавсифкунии сохторӣ ва санҷиши электрохимиявии сеэлектродаро дар бар мегирад.

Платформаи нашр: SSRN.

Санаи нашр: Мувофиқи сабти SSRN, 13 Июн 2026.

Маҷалла: Номи маҷаллаи ҳамтоарзёбишуда ё версияи қабулшудаи маҷалла нишон дода нашудааст.

Ношир: Ношири ҷудогонаи ниҳоии маҷалла вуҷуд надорад. Сабт дар платформаи препринтии SSRN ҷойгир аст.

Ҳолати ҳамтоарзёбӣ: Таҳқиқот аз арзёбии ҳамтоён нагузаштааст. Дар ҳар саҳифа “Preprint not peer reviewed” ва огоҳиҳо дар бораи нагузаштани таҳқиқот аз ҳамтоарзёбӣ ҷой доранд.

Пайванди расмии SSRN:https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=6935083

Пайванди DOI:https://doi.org/10.2139/ssrn.6935083

Дастрасии маълумот: Муҳаққиқон изҳор доштаанд, ки маълумоти дастгиркунандаи таҳқиқотро метавон бо дархости асоснок аз муаллифи масъул гирифт. Пайванди анбори кушодаи маълумот ё код дода нашудааст.

Маблағгузорӣ: Гузориш шудааст, ки аз ташкилотҳои давлатӣ, тиҷоратӣ ё ғайритиҷоратӣ гранти махсус гирифта нашудааст.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор доштаанд, ки манфиати молиявии маълум ё муносибати шахсие, ки метавонад ба таҳқиқот таъсир расонад, вуҷуд надорад.

Саҳми муаллифон:

• V Atheeque Ahmed: Консептуализатсия, усул ва таҳқиқот.
• K Abdul Rahman: Усул ва таҳлили расмӣ.
• K Mohammed Rehan: Баррасӣ ва таҳрир.
• S Mohammed Safiullah: Таҳқиқот.
• P Muzammil: Визуализатсия.
• J Mohemed Ali: Роҳбарӣ, тасдиқ ва навиштани тарҳи аввал.

Ин муҳтавои тоҷикӣ бо баррасии аз аввал то охири таҳқиқоти 15 саҳифаи боршуда, аз ҷумла матн, ду муодила, ҳафт расми асосӣ, тасвирҳои микроскопӣ, каҷхатҳои электрохимиявӣ, ҷадвали муқоисаи адабиёт ва рӯйхати манбаъҳо омода шудааст. Усули илмӣ, натиҷаҳо ва тафсирҳои механизм танҳо ба муҳтавои пешниҳодкардаи муҳаққиқон асос ёфтаанд. Манбаъҳои беруна танҳо барои тасдиқи библиографии DOI, санаи сабти SSRN, муаллифи тамос ва маълумоти ҳувияти муассиса истифода шудаанд.

Номувофиқии моддаи синтез дар таҳқиқот, параметрҳои нопурраи таҷрибавӣ, мушкилоти тамғагузории Расми 2 ва Расми 7, мувофиқкунии нодурусти манбаъ дар ҷадвали адабиёт ва такяи фаъолшавии электрохимиявӣ ба далели ғайримустақим хомӯшона ислоҳ нашудаанд. Ин масъалаҳо бояд ҳангоми тафсири натиҷаҳо ошкоро ба назар гирифта шаванд.