Uglerod kvant nuqtalari (carbon quantum dots, CQDs) ushbu tadqiqotda limon poʻsti chiqindisidan gidrotermal usulda sintez qilingan va qayta zaryadlanuvchi rux–havo batareyasining 6 M KOH elektrolitiga nanomaterial qoʻshimcha sifatida qoʻshilgan nanometr miqyosidagi uglerod zarralaridir. Tadqiqotning maqsadi CQDlar rux/elektrolit interfeysini oʻzgartirib, parazitik vodorod ajralish reaksiyasini (hydrogen evolution reaction, HER) sekinlashtira oladimi, rux korroziyasini kamaytira oladimi va bu haqiqiy rux–havo toʻliq hujayrasining zaryad–razryad xatti-harakatiga qanday aks etishini tajribaviy ravishda tekshirishdir.

Tadqiqotda limon poʻstidan olingan CQDlarning oʻrtacha TEM zarracha diametri 7,41 ± 2,48 nm deb topilgan. FTIR tahlili CQD yuzasida gidroksil, karbonil/karboksil hamda C–O/C–O–C turidagi kislorod saqlovchi funksional guruhlar mavjudligini koʻrsatgan. Ushbu sirt kimyosi tadqiqotchilar elektrolit interfeysidagi zaryad taqsimoti va CQDlarning suvli ishqoriy muhitda dispersiyalanish qobiliyati oʻzgarishini tushuntirish uchun foydalangan asosiy omildir.

Sof 6 M KOH elektrolitining zeta potensiali −28,2 mV boʻlganida, 0,5, 1,0 va 1,5 mg CQD qoʻshilishi bilan mos ravishda +45,4, +48,5 va +40,4 mV qiymatlar oʻlchangan. Ion oʻtkazuvchanligi esa sof KOH uchun 460 mS cm⁻¹, 0,5 mg CQD uchun 488 mS cm⁻¹, 1,0 mg uchun 478 mS cm⁻¹ va 1,5 mg uchun 453 mS cm⁻¹ boʻlgan. Bu natijalar CQD miqdori oshgani sari bir yoʻnalishli yaxshilanish boʻlmasligini, past–oʻrta yuklamalarda interfeys va ion tashilishi foydali tarzda oʻzgarsa, ortiqcha yuklamada zarracha oʻzaro taʼsiri va qisman agregatsiya afzalliklarni kamaytirishi mumkinligini koʻrsatadi.

HER tajribalarida CQD miqdori oshgani sari vodorod ajralishi tobora qiyinlashgan. Maqolada qoʻllangan ifodaga koʻra HER onset potential 146 mV dan 217, 282 va 291 mV gacha; 10 mA cm⁻² tok zichligidagi overpotential 398 mV dan 434, 463 va 477 mV gacha; Tafel qiyaligi esa 82 mV dec⁻¹ dan 113, 126 va 130 mV dec⁻¹ gacha oshgan. Shu sabab 1,5 mg CQD HER ni bostirish nuqtai nazaridan tekshirilgan eng kuchli sharoitdir.

Biroq korroziya sinovlarida eng yaxshi natija 1,0 mg CQD da olingan. Charge-transfer resistance \(R_{ct}\) sof 6 M KOH da 1,35 Ω boʻlgan boʻlsa, 1,0 mg CQD saqlovchi elektrolitda 3,80 Ω gacha oshgan va manbada qayd etilgan maksimal corrosion inhibition efficiency %64,47 boʻlgan. 1,5 mg CQD da \(R_{ct}\) 3,26 Ω gacha, inhibisiya samaradorligi esa %58,59 gacha pasaygan. Shu sabab tadqiqotchilar 1,0 mg yuklamani HER ni bostirish, korroziyani oldini olish, kolloid barqarorlik va ion tashilishi oʻrtasidagi eng yaxshi umumiy muvozanat deb baholagan.

1,0 mg CQD saqlovchi elektrolit bilan yigʻilgan laboratoriya miqyosidagi rux–havo toʻliq hujayrasida zaryad/razryad cut-off kuchlanishlari taxminan 1,55/1,10 V boʻlgan, sof 6 M KOH hujayrasida esa taxminan 1,80/0,70 V oʻlchangan. Shunday qilib, zaryad–razryad kuchlanish oraligʻi taxminan 1,10 V dan 0,45 V gacha qisqargan. Oʻrtacha ishlash quvvat zichligi ham taxminan 4,5 mW cm⁻² dan 5,5 mW cm⁻² gacha oshgan; manba buni taxminan %22 quvvat oshishi deb qayd etadi.

Bu natijalar umidli boʻlsa-da, tadqiqot cheklovi muhimdir. Tadqiqot laboratoriya miqyosidagi hujayralarda oʻtkazilgan; Figure 7 taxminan 14 soatlik galvanostatic cycling oynasini koʻrsatadi. Shu sabab natijalar bir necha oy yoki yillik batareya umrini, seriyali ishlab chiqarish sharoitlarini yoki tijoriy rux–havo tizimlarida ayni samaradorlik saqlanishini isbotlamaydi. Bundan tashqari, mualliflarning CQDlar electrical double layer va rux yuzasini qanday tartibga solishi haqidagi mexanizmi tajribaviy natijalar bilan mos keladigan taklif qilingan mantiqiy mexanizmdir; u atom miqyosida bevosita tasdiqlangan yagona mexanizm sifatida taqdim etilmasligi kerak.

Uglerod kvant nuqtalari bu tadqiqotda aynan nima vazifa bajaradi?

Uglerod kvant nuqtalari bu tadqiqotda batareyaning faol elektrodi oʻrniga elektrolit qoʻshimchasi sifatida xizmat qiladi; 6 M KOH ichida dispersiyalangan nanouglerod zarralari orqali rux/elektrolit interfeysining zaryad taqsimotini, ion tashilishini va charge-transfer kinetics ni oʻzgartirib, HER va korroziyani kamaytirishni maqsad qiladi.

“Kvant nuqtasi” iborasi nimani anglatadi?

Uglerod kvant nuqtalari bir necha nanometr oʻlchamdagi uglerod asosidagi zarralardir. “Quantum dot” nomi nanometr miqyosidagi elektron tuzilma va optik xususiyatlar bilan bogʻliq; biroq ushbu maqolaning asosiy oʻlchovlari quantum coherence, qubit xatti-harakati yoki kvant hisoblashga oid emas.

Tadqiqotda CQDlarning elektrolit qoʻshimchasi sifatidagi samaradorligini tushuntirish uchun ayniqsa quyidagi xususiyatlar taʼkidlanadi:

• nanometr miqyosidagi oʻlcham,
• yuqori sirt/zarracha nisbati,
• kislorod saqlovchi sirt funksiyalari,
• suvli ishqoriy muhitda dispersiyalanish,
• elektrokimyoviy interfeys bilan kuchli oʻzaro taʼsir.

Maqola CQDlarning elektron band gap ini oʻlchamagan, quantum-confinement energiyasini hisoblamagan va fotolyuminessensiya kvant chiqishini qayd etmagan. Demak, ushbu tadqiqotdagi batareya yaxshilanishini “kvant chegaralanishi HER ni bevosita toʻxtatdi” deb tushuntirish manbadan tashqariga chiqish boʻladi. Tajribaviy talqin asosan sirt kimyosi va elektrokimyoviy interfeysni tartibga solishga asoslangan.

CQDlar qanday oʻlchamda?

TEM tasvirlaridan bajarilgan zarracha oʻlchami tahlilida oʻrtacha diametr:

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

deb topilgan.

Bu yerdagi 7,41 nm oʻlchangan oʻrtacha zarracha diametrini, ±2,48 nm esa manbada berilgan taqsimot kengligi/noaniqlik qiymatini ifodalaydi. TEM tasvirlarida zarrachalar quasi-spherical ekani, ammo sezilarli agregatsiya ham koʻrsatishi qayd etilgan.

CQD yuzasida qanday kimyoviy guruhlar kuzatildi?

Mualliflar FTIR polosalarining kengligini uglerod tuzilmasi toʻliq grafitlanmaganiga va past haroratli gidrotermal ishlab chiqarish amorf/turbostratik uglerod tuzilmasi bilan mos kelishiga ishora qiluvchi kuzatuv sifatida baholaydi.

Bu yerda muhim metodik cheklov mavjud: FTIR funksional guruhlar borligi haqida maʼlumot beradi, biroq yuzadagi elementlarning aniq bogʻlanish holatlari va miqdorlarini yolgʻiz oʻzi toʻliq aniqlay olmaydi. Maqolaning oʻzi ham XPS va Raman spectroscopy kabi qoʻshimcha usullar surface composition va structural disorder haqida batafsilroq maʼlumot berishini ochiq qayd etadi.

UV–Vis spektri nimani koʻrsatdi?

CQD saqlovchi KOH elektrolitlarida ultrabinafsha sohada kuchli absorption va koʻrinadigan sohaga choʻzilgan keng absorption tail kuzatilgan.

Taxminan 230–280 nm oraligʻidagi band manbada:

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

oʻtishlari, yaʼni sp² C=C carbon domains bilan bogʻlangan.

Koʻrinadigan sohaga choʻzilgan keng absorption esa C=O va C–O kabi oxygen-containing surface states bilan bogʻliq:

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

oʻtishlari bilan izohlangan.

CQD miqdori oshgani sari absorption intensity ortgan. Keskin absorption edge kuzatilmasligi esa mualliflar tomonidan disordered carbon domains va heterogeneous surface states bilan mos deb talqin qilingan.

Rux–havo batareyasida vodorod ajralish reaksiyasi nega muammo tugʻdiradi?

Rux–havo batareyasining kuchli ishqoriy muhitida rux anod kerakli rux redoks reaksiyalarida qatnashayotgan paytda suvning qaytarilishi natijasida parazitik vodorod gazi ham hosil boʻlishi mumkin; bu yon reaksiya elektrolitni sarflashi, ruxni korroziyaga uchratishi, sirt passivatsiyasi va dendrit hosil boʻlishini ragʻbatlantirib, batareya sigʻimining tezroq yomonlashishiga hissa qoʻshishi mumkin.

Manba Zn/Zn²⁺ uchun odatiy elektrod potensialini −1,26 V vs. SHE va pH 14 da water reduction uchun −0,83 V vs. SHE deb beradi. Ruxning yanada manfiy potensiali sabab kuchli ishqoriy sharoitlarda HER termodinamik jihatdan mumkin boʻlgan yon jarayondir.

Rux–havo batareyasida faqat anod tomoni muammoli emas. Air cathode da discharge vaqtida oxygen reduction reaction (ORR), charge vaqtida oxygen evolution reaction (OER) sodir boʻladi va bu reaksiyalarning sekin kinetikasi ham tizim samaradorligini cheklaydi. Biroq ushbu maqolaning asosiy tadqiqot markazi zinc anode–electrolyte interface, HER va zinc corrosiondir.

HER oʻlchovi bevosita rux yuzasida bajarilganmi?

Yoʻq. Bu nuqta tajribani toʻgʻri talqin qilish uchun muhim.

HER LSV va Tafel tajribalarida ishchi elektrod sifatida 3 mm glassy-carbon electrode ustiga:

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

saqlovchi catalyst ink drop-cast qilingan.

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

Shu sabab Table 2 dagi HER onset, \(\eta_{10}\) va Tafel-slope oʻzgarishlari CQD-modified electrolyte ning Pt/C katalitik yuzasidagi HER xatti-harakatini qanday oʻzgartirganini koʻrsatadi.

Ruxdagi korroziya taʼsiri esa alohida potentiodynamic-polarisation va EIS tajribalarida zinc foil ishchi elektrod sifatida ishlatilib tekshirilgan.

Bu ikki tajriba guruhi bir-birini toʻldiradi, biroq bir xil tajriba emas.

Zeta potensialining −28,2 mV dan +48,5 mV gacha oʻzgarishi nimani anglatadi?

Zeta potensialining ishorasi va kattaligi oʻzgarishi CQD qoʻshimchasi zarrachalar/interfeysning elektrostatik muhitini kuchli oʻzgartirganini va 1,0 mg yuklamada CQD dispersiyasi manba tomonidan eng barqaror sharoit deb baholangan holatga yetganini koʻrsatadi.

Manba sof KOH dagi manfiy zeta potensialini electrical double layer ichida OH⁻ ionlari ustunligi bilan bogʻlaydi.

CQD qoʻshilgandan keyin kuchli musbat qiymatlarga oʻtish esa mualliflar tomonidan CQD yuzasidagi protonated/charged functionalities, cation adsorption va functionalised carbon surface atrofida electrical-double-layer hosil boʻlishi bilan tushuntiriladi.

Bu talqin sirt kimyosi jihatidan mantiqli, biroq tadqiqotda yuzada adsorbsiyalangan muayyan ion turlarini bevosita atom miqyosida koʻrsatadigan in situ spectroscopy bajarilmagan. Shu sabab qaysi ion qaysi funksional guruhga qanday bogʻ geometriyasi bilan birikishi tajribaviy ravishda yechilmagan.

Nega 0,5 mg da ion oʻtkazuvchanligi oshib, 1,5 mg da pasayadi?

Manba talqiniga koʻra, past CQD yuklamasida solid–liquid interface atrofidagi ion dispersion, ion hopping va local charge redistribution ion tashilishini yengillashtirishi mumkin. Natijada conductivity:

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

koʻrinishida oshgan.

Biroq CQD miqdori oshgani sari zarracha–zarracha oʻzaro taʼsirlari va partial aggregation koʻpayishi mumkin. 1,5 mg da zeta potensialining +48,5 mV dan +40,4 mV gacha pasayishi va conductivity ning 453 mS cm⁻¹ gacha tushishi bu talqinni qoʻllab-quvvatlaydigan topilmalar sifatida keltirilgan.

Shu sabab “koʻproq CQD har doim yaxshiroq elektrolit” degan xulosa toʻgʻri emas.

HER onset potensiali, overpotential va Tafel qiyaligi nimani oʻlchaydi?

HER onset potensiali vodorod ajralishi sezilarli boʻla boshlaydigan potensial sohasini, \(\eta_{10}\) 10 mA cm⁻² ga erishish uchun zarur qoʻshimcha elektrokimyoviy haydovni, Tafel qiyaligi esa tokning potensial bilan qanchalik tez oʻzgarishini va reaksiya kinetikasi qanchalik oson yoki qiyin kechishini tavsiflaydi.

Manbada barcha bu qiymatlar musbat mV kattaliklari sifatida berilgani sabab Verianla ayni koʻrsatishni saqlaydi.

CQD miqdori oshgani sari bir xil HER tok zichligiga erishish uchun koʻproq electrochemical driving force talab qilinishi HER qiyinlashganini koʻrsatadi.

Eng yuqori \(\eta_{10}\) va eng yuqori Tafel slope 1,5 mg CQD sharoitida kuzatiladi. Shu sabab faqat HER suppression maqsad qilinsa, 1,5 mg eng kuchli tizimdir.

Tafel qiyaligining 120 mV dec⁻¹ atrofiga koʻtarilishi nimani anglatadi?

Mualliflar ishqoriy muhitda taxminan 120 mV dec⁻¹ darajasidagi Tafel slopes Volmer-limited mechanism bilan bogʻlanishi mumkinligini qayd etadi.

Volmer bosqichi ishqoriy HER ning dastlabki water dissociation va surface hydrogen adsorption bosqichini anglatadi. Shu sabab 113–130 mV dec⁻¹ oraligʻiga koʻtarilgan slopes mualliflar tomonidan CQDlar suv molekulasining dastlabki adsorption/activation bosqichini qiyinlashtirayotganiga ishora qiluvchi dalil sifatida talqin qilingan.

Biroq Tafel slope yolgʻiz oʻzi mexanizm atom darajasida aniq Volmer bosqichi bilan cheklanganini isbotlamaydi. Manba tili ham buni “associated with” va “suggests” darajasida ifodalaydi.

Rux korroziyasi kamaygani qanday koʻrsatildi?

Rux korroziyasi potentiodynamic polarisation, electrochemical impedance spectroscopy va SEM orqali tekshirilgan; CQD saqlovchi elektrolitlarda korroziya toki kamayishi, Nyquist yarim doirasi va charge-transfer resistance kattalashishi hamda rux yuzasi yanada kompakt qolishi korroziya bostirilganini qoʻllab-quvvatlagan.

Charge-transfer resistance nimani anglatadi?

Electrochemical impedance spectroscopy da \(R_{ct}\), electrode/electrolyte interface orqali charge-transfer reaction duch keladigan samarali qarshilik bilan bogʻliq.

Ushbu tajribada:

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

boʻlgan holda CQD qoʻshilishi bilan:

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

qiymatlar olingan.

Eng yuqori qiymat:

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

bilan 1,0 mg CQD sharoitidadir.

Korroziya kabi istalmagan faradaic charge-transfer processes nuqtai nazaridan kattaroq \(R_{ct}\), interfeys orqali reaksiya qiyinlashganini va corrosion kinetics sekinlashganini qoʻllab-quvvatlovchi koʻrsatkichdir.

Korroziya inhibisiya samaradorligi qanday hisoblandi?

Manba Equation (1) ni:

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

koʻrinishida beradi.

Bu yerda:

• \(R_{ct}\): CQD saqlovchi elektrolitda oʻlchangan charge-transfer resistance,
• \(R'_{ct}\): pristine 6 M KOH ichidagi charge-transfer resistance,
• \(R_P\): manba tenglamasidagi inhibitor-efficiency ratio.

Table 3 natijasi foizda qayd etilganligi sabab foiz koʻrinishi:

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

tarzida oʻqilishi kerak.

Masalan, 1,0 mg CQD uchun:

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

va:

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

Bu yerdagi ×100 ifodasi Table 3 dagi foiz qiymatini tushuntirish uchun zarur. Manba PDF dagi Equation (1) tasvirida ×100 omili koʻrinadigan tarzda yozilmagan; shu sabab bu nuqta manba taqdimotidagi birlik/foiz aniqligi sifatida saqlanishi kerak.

Manba ichidagi ishora qaydi: Table 3 va matn \(E_{\mathrm{corr}}\) qiymatlarini musbat 1,58–1,50 V deb beradi. Aksincha, manba Figure 4a ning “Potential (V) vs RHE” oʻqi korroziya sohalarini taxminan −1,6 dan −1,5 V gacha koʻrsatadi. Maqola bu ishora farqini izohlamaydi. Verianla jadval qiymatlarini manbada yozilganidek saqlaydi va ishorani oʻzboshimchalik bilan oʻzgartirmaydi.

SEM sirt tasvirlari nimani koʻrsatdi?

Pristine zinc foil polarisation dan oldin nisbatan silliq va kompakt koʻrinadi.

6 M KOH da polarisation dan keyin rux yuzasida:

• irregular deposits,
• chuqur yoriqlar,
• heterogeneous corrosion features,
• rough va fragmented morphology

kuzatilgan.

0,5 mg CQD bilan surface damage kamaygan, 1,0 mg CQD da eng uniform va compact sirt koʻrinishi olingan.

1,5 mg CQD da sirt pristine KOH ga qaraganda yaxshiroq boʻlsa-da, 1,0 mg ga nisbatan yanada irregular va rough boʻlgan.

Bu SEM kuzatuvi 1,0 mg dagi maksimal \(R_{ct}\) va zeta potential bilan bir xil optimum nuqtaga ishora qiladi.

CQDlarning HER va korroziyani bostirish mexanizmi qanday tushuntiriladi?

Mualliflar taklif qilgan mexanizmga koʻra oxygen-functionalised CQDlar zinc/elektrolit interfeysidagi electrical double layer va local charge distribution ni oʻzgartiradi, suv aktivatsiyasi va charge transfer ni sekinlashtiradi hamda rux yuzasida qisman himoya qiluvchi, barqarorroq interfacial environment hosil qilib, HER va korroziyani kamaytiradi.

Bu izoh toʻrtta tajribaviy kuzatuv guruhini birlashtiradi:

• zeta potensialining kuchli oʻzgarishi,
• HER onset va Tafel slope ortishi,
• \(R_{ct}\) oshishi,
• SEM da rux yuzasi silliqroq qolishi.

Shu sabab manba xatti-harakatni faqat “ion oʻtkazuvchanligi pasaygani uchun HER kamaydi” deb tushuntirmaydi. Ayniqsa 0,5 mg CQD da conductivity pristine KOH dan yuqori boʻlsa ham HER baribir bostiriladi. Bu natija bulk ionic transport yagona belgilovchi emasligini va interfacial electrostatic/surface effects muhimligini qoʻllab-quvvatlaydi.

Nega umumiy optimum 1,0 mg CQD boʻlsa, HER nuqtai nazaridan 1,5 mg kuchliroq?

Chunki optimum elektrolit faqat HER ni maksimal bostiradigan elektrolit emas; ion oʻtkazuvchanligi, CQD dispersiya barqarorligi, rux korroziya qarshiligi va toʻliq hujayra polarizatsiyasini birgalikda maqbul darajada ushlab turadigan sharoit kerak va ushbu koʻp-parametrli muvozanat tadqiqotda 1,0 mg CQD da olingan.

1,5 mg CQD da:

• HER onset potensiali 291 mV bilan eng yuqori,
• \(\eta_{10}=477\) mV bilan eng yuqori,
• Tafel slope 130 mV dec⁻¹ bilan eng yuqori.

Biroq ayni sharoitda:

• zeta potensiali +48,5 dan +40,4 mV gacha tushadi,
• conductivity 453 mS cm⁻¹ gacha pasayadi,
• \(R_{ct}\) 3,80 dan 3,26 Ω gacha pasayadi,
• corrosion inhibition %64,47 dan %58,59 gacha tushadi,
• SEM surface 1,0 mg sharoitiga qaraganda yanada irregular boʻladi.

Shu sabab tadqiqot “maksimal CQD yuklamasi optimumdir” degan xulosaga kelmaydi.

Tadqiqot Usuli va Natijalari

Limon poʻstidan CQD qanday sintez qilindi?

CQD sintezida limon poʻsti uglerod prekursor sifatida ishlatilgan; kislota bilan oldindan ishlov, sodium hypochlorite bilan oksidlovchi ishlov va 180 °C da 12 soatlik hydrothermal treatment dan keyin mahsulot yuvilgan, sentrifugalangan va quritilgan.

Manba ayniqsa organic ligand, surfactant yoki structure-directing agent ishlatilmaganini qayd etadi. Shuning uchun kuzatilgan CQD morfologiyasi hydrothermal carbonisation va oxidation jarayonlari bilan bogʻlangan.

CQD nanofluid elektrolitlari qanday tayyorlandi?

0,5, 1,0 yoki 1,5 mg CQD alohida-alohida:

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

ichiga dispersiyalangan.

Dispersiyalash S 15 H Elmasonic bath ultrasonicator yordamida bajarilgan.

Zeta potential va conductivity Malvern ZetaSizer, model MAL1129694 bilan tavsiflangan.

Fizik-kimyoviy tavsiflash asboblari

HER elektrokimyo qurilmasi

Glassy-carbon ishchi elektrod diametri 3 mm.

Elektrod avval:

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

bilan sayqallangan; DI water bilan tozalangan va ambient temperature da quritilgan.

Catalyst ink:

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

bilan tayyorlangan.

Uch-elektrodli tizim:

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

koʻrinishida.

HER linear sweep voltammetry:

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

scan rate bilan bajarilgan.

Manba ayniqsa HER polarization curves uchun iR compensation qoʻllanmaganini taʼkidlaydi. Bu tafsilot muhim; measured potentials eritmadagi ohmic drop taʼsiri butunlay chiqarib tashlangan qiymatlar sifatida qaralmasligi kerak.

Korroziya sinovi

Korroziya potentiodynamic polarization:

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

sharoitida bajarilgan.

Barcha electrochemical measurements VSP-3e multichannel potentiostat/galvanostat yordamida bajarilgan.

Toʻliq rux–havo hujayrasi qanday yigʻildi?

Homemade ZAB da zinc foil anode qalinligi:

\[ 0.25\ \mathrm{mm} \]

deb berilgan.

Air cathode ink:

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

aralashmasidan tayyorlangan va nickel current collector ustiga drop-cast qilingan.

Elektrod:

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

air oven da quritilgan.

Galvanostatik cycling sharoitlari

Current density:

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

doimiy qilib belgilangan.

Har bir cycle:

• 10 daqiqa charge,
• 10 daqiqa discharge

pulse laridan iborat.

Manba Figure 7 ning vaqt oʻqi taxminan 0–14 soat oraligʻini qamrab oladi. Shu sabab bu sinov laboratoriya miqyosidagi qisqa/oʻrta muddatli cycling comparison; juda uzoq service-life tasdigʻi emas.

Toʻliq hujayra quvvat zichligi qanday hisoblandi?

Manba areal power density uchun:

\[ P=VJ \]

munosabatidan foydalanadi.

Bu yerda:

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

Birlik tekshiruvi:

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

Shu sabab tenglama oʻlcham jihatidan mos keladi.

Quvvat zichligining oʻzgarishi manbada taxminan %22 ortish deb ifodalangan.

Manba qiymatlari bilan tekshirilganda:

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

Bu hisob yangi tajribaviy maʼlumot emas; manbada berilgan taxminiy quvvat zichliklarining arifmetik ekvivalenti.

Cycling dan keyingi rux yuzasi

Sof 6 M KOH bilan cycling dan keyin zinc foil ustida:

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

kuzatilgan.

1,0 mg CQD saqlovchi elektrolitda esa rux yuzasi yanada compact, homogeneous va kamroq corrosion product saqlovchi morfologiyani koʻrsatgan.

Bu tasvirlar CQD cycling vaqtida interface degradation ni kamaytiradi degan talqinni qoʻllab-quvvatlaydi.

Tadqiqot qoʻllab-quvvatlaydigan xulosalar

• Limon poʻstidan oʻrtacha oʻlchami taxminan 7,41 ± 2,48 nm boʻlgan CQDlar gidrotermal usulda tayyorlangan.
• CQD yuzasida FTIR bilan kislorod saqlovchi funksional guruhlar kuzatilgan.
• CQD qoʻshilishi 6 M KOH ning zeta potential va ionic conductivity qiymatlarini oʻzgartirgan.
• HER LSV/Tafel tajribalarida CQD miqdori oshgani sari HER kinetics sekinlashgan.
• 1,5 mg CQD tekshirilgan sharoitlar ichida eng kuchli HER suppression ni taʼminlagan.
• Zinc corrosion oʻlchovlarida 1,0 mg CQD eng yuqori \(R_{ct}\) va corrosion-inhibition efficiency qiymatini taʼminlagan.
• SEM tasvirlari 1,0 mg CQD sharoitida zinc surface damage kamayganini qoʻllab-quvvatlaydi.
• 1,0 mg CQD saqlovchi toʻliq hujayrada charge–discharge polarization kamaygan va oʻrtacha quvvat zichligi taxminan 4,5 dan 5,5 mW cm⁻² gacha oshgan.
• Tadqiqot CQDlar zinc–air battery electrolyte additive sifatida laboratoriya miqyosida foydali boʻlishi mumkinligini koʻrsatadi.

Tadqiqot qoʻllab-quvvatlamaydigan xulosalar

• Bu tadqiqot kvant kompyuter yoki qubit texnologiyasi haqida emas.
• HER CQD quantum confinement sababli bostirilgani bevosita koʻrsatilmagan.
• CQD surface electronic states XPS bilan miqdoriy tasdiqlanmagan.
• Taklif etilgan interface mexanizmi atom miqyosida bevosita tasvirlanmagan yoki in situ spectroscopy bilan qatʼiy tasdiqlanmagan.
• 1,5 mg CQD umuman eng yaxshi elektrolit emas; faqat HER suppression jihatidan eng kuchli sinov sharoitidir.
• 1,0 mg optimum qiymat barcha KOH hajmlari, barcha CQD sintezlari yoki barcha zinc–air geometriyalari uchun universal ekani isbotlanmagan.
• Taxminan 14 soatlik cycling natijasi juda uzoq muddatli batareya umrini isbotlamaydi.
• Tijoriy pouch-cell, katta format yoki sanoat zinc–air tizim miqyosini kengaytirish bajarilmagan.
• Manba asosiy natija jadvallarida extensive replicate/statistical-significance tahlilini qayd etmaydi; shu sabab kichik samaradorlik farqlari barcha ishlab chiqarish partiyalarida bir xil qoladi deb faraz qilib boʻlmaydi.
• CQDlar rux dendrite hosil boʻlishini uzoq muddat davomida butunlay oldini olgani isbotlanmagan.

Tadqiqotning asosiy ilmiy xabari

Tadqiqotning eng muhim natijasi “CQD qancha koʻp boʻlsa, shuncha yaxshi” emas.

Asosiy natija elektrolit qoʻshimchasi miqdori:

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

oʻrtasida muvozanat hosil qilishidir.

1,0 mg CQD yuklamasi ushbu tajribaviy tizim uchun eng yaxshi umumiy muvozanatni hosil qilgan.

Ilmiy cheklovlar

Tadqiqot ichida alohida sarlavhali keng “Limitations” boʻlimi yoʻq. Biroq manba matni va qoʻllangan usullardan kelib chiqadigan aniq cheklovlar quyidagilar:

• FTIR sirt funksiyalarini koʻrsatadi, biroq XPS va Raman kabi qoʻshimcha tahlillar bajarilmagan.
• HER sinovi rux yuzasida emas, Pt/C-coated glassy carbon ustida bajarilgan.
• Proposed mechanism bevosita atomik/in situ dalil emas.
• Full-cell tadqiqoti homemade laboratory ZAB bilan cheklangan.
• Figure 7 taxminan 14 soatlik cycling oynasini beradi.
• Uzoq muddatli capacity retention yoki yuzlab cycle uchun quantitative retention qiymati berilmagan.
• Data publicly available emas; pending patent process sabab request asosida berilishi qayd etilgan.

Manba va Usul Haqida Izoh

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

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

Corresponding authors: Mustapha Balarabe Idris va Xolile Fuku.

Teng hissa: Manbada hamkor birinchi muallif/equal-contribution belgisi ko‘rsatilmagan.

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

Manba turi: Tajribaviy tadqiqot maqolasi.

Taqriz holati: Taqrizdan oʻtgan jurnalda chop etilgan maqola.

Jurnal: Energies.

Nashriyot: MDPI.

Jild / son / maqola raqami: 19(13), 3209.

DOI: 10.3390/en19133209.

Received: 30 May 2026.

Revised: 20 Iyun 2026.

Accepted: 2 Iyul 2026.

Published: 7 Iyul 2026.

Rasmiy havola: https://doi.org/10.3390/en19133209

Litsenziya: Creative Commons Attribution, CC BY.

Academic Editor: Kwok Tong Chau.

Maxsus son: Electrochemical Technologies for Energy Conversion and Storage.

Asosiy material: Limon poʻsti chiqindisidan gidrotermal usulda tayyorlangan carbon quantum dots.

Asosiy elektrolit: 6 M KOH.

CQD yuklamalari: 0,5 mg, 1,0 mg va 1,5 mg CQD / 20 mL 6 M KOH.

Asosiy tavsiflash: FTIR, HR-TEM, UV–Vis, zeta potential va ionic conductivity.

HER usuli: Pt/C-coated glassy carbon working electrode ustida LSV, 5 mV s⁻¹; Pt counter, Ag/AgCl reference. HER polarisation curves iR compensation siz qayd etilgan.

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

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

Toʻliq hujayra: 0,25 mm polished zinc foil anode va Pd/C-based air cathode saqlovchi 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 quritish.

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

CQD oʻrtacha zarracha diametri: 7,41 ± 2,48 nm.

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

Umumiy optimal yuklama: 1,0 mg CQD; zeta potential +48,5 mV, \(R_{ct}=3,80\) Ω, corrosion inhibition %64,47 va toʻliq hujayrada pastroq polarization.

Equation (1) taqdimoti qaydi: Manba inhibition efficiency tenglamasini \((R_{ct}-R'_{ct})/R_{ct}\) koʻrinishida beradi; Table 3 qiymatlari foiz boʻlgani uchun foiz shakli uchun nisbat ×100 bilan ifodalanadi. Manba equation tasvirida ×100 omili koʻrinmaydi.

\(E_{\mathrm{corr}}\) ishora qaydi: Manba Table 3 va matn 1,58–1,50 V musbat qiymatlarni keltirsa, Figure 4a potensial oʻqi corrosion region ni manfiy RHE potentials da koʻrsatadi. Manba bu koʻrsatish farqini tushuntirmaydi; qiymatlar Verianla tomonidan jim tarzda tuzatilmagan.

Full-cell natijasi: Pristine 6 M KOH uchun ~1,80 V charge cut-off, ~0,70 V discharge cut-off, ~1,10 V voltage gap va ~4,5 mW cm⁻² average operating power density; 1,0 mg CQD + 6 M KOH uchun mos ravishda ~1,55 V, ~1,10 V, ~0,45 V va ~5,5 mW cm⁻².

Figure 6 qaydi: Maqoladagi proposed-plausible-mechanism tasviri mualliflar tomonidan Gemini AI yordamida yaratilgani ochiq aytilgan konseptual shakldir. Verianla ichida bu shakl piksel sifatida ko‘chirilmagan; faqat manba qo‘llab-quvvatlaydigan ilmiy munosabatlar mustaqil inline SVG bilan qayta qurilgan.

Data Availability: Data request asosida beriladi; pending patent process sabab public tarzda mavjud emas.

Institutional Review Board Statement: Not applicable.

Moliyalashtirish: University of South Africa, Institute for Nanotechnology and Water Sustainability (iNanoWS), College of Science, Engineering and Technology tomonidan tadqiqot imkoniyatlari va moliyaviy ko‘mak berilgan.

Acknowledgments: Mualliflar Grammarly dan spelling, grammar, sentence structuring va punctuation checks uchun; Gemini AI dan image generation uchun foydalanganliklarini, natijalarni keyin o‘zlari ko‘rib chiqib tahrir qilganliklarini va maqola mazmuni uchun masʼuliyatni o‘z zimmalariga olganliklarini bildirgan.

Manfaatlar toʻqnashuvi: Mualliflar maʼlum competing financial interest yoki tadqiqotga taʼsir qilishi mumkin boʻlgan personal relationship mavjud emasligini bildirgan.

Mualliflar hissasi: Mustapha Balarabe Idris conceptualisation, data curation, formal analysis, investigation, validation, writing va editing; Indiphile Nompetsheni synthesis, formal analysis va investigation; Bhekie B. Mamba editing, funding acquisition va project administration; Xolile Fuku editing, funding acquisition, project administration, resources, supervision, visualisation va writing–review/editing vazifalarini bajargan.