油茶壳衍生碳点中氧官能团对腐蚀与结垢抑制的双重功能调控机制研究

《Journal of Materials Science & Technology》：Roles of oxygen groups in corrosion and scale inhibition efficiency of carbon dots derived from camellia oleifera shells

本研究发现油茶壳衍生的碳点（CDs）通过氧官能团调控策略，实现了对工业设备腐蚀和结垢的双重抑制功能。研究通过多尺度表征揭示了–OH、–COOH等官能团对CDs局部电荷密度和吸附能力的关键作用，在30°C下对钢材的缓蚀率达91.35%，60°C时对CaCO3阻垢率达92.71%，为绿色水处理材料开发提供了新思路。

　　

^章节亮点

^{碳点的制备与表征}

碳点（CDs）采用来自中国江西省赣州市的油茶壳（COS）粉末通过水热法制备（图1(a)）。具体流程为：将1.5克COS粉末分散于60毫升去离子水中，转移至100毫升聚四氟乙烯反应釜内，在180°C下加热8小时。待反应釜自然冷却至室温后，溶液经0.22微米滤膜过滤，并于4°C条件下以10000转/分钟离心10分钟。最终收集上清液获得碳点溶液。

^{碳点的结构解析}

本研究采用X射线光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）技术系统分析了油茶壳及其衍生碳点的官能团组成。补充材料图S1(a)显示，油茶壳的碳含量约为72.17%，而制备的碳点碳含量显著降低（61.87%–68.36%），表明成功引入了丰富的含氧官能团。

^结论

本研究成功制备出具有阻垢和缓蚀双功能的油茶壳衍生碳点，并通过官能团调控策略揭示了碳点的结构-性能关系。结合实验与理论计算，提出了–OH、–COOH、–CH₃O和–CHO等官能团取代模型。结果表明，碳点继承了油茶壳丰富的含氧官能团，这些基团通过优化局部电荷分布与吸附位点，显著提升了材料性能。