The authors thank the EPSRC and Intelligent Energy Ltd for funding this project. PB also thanks the SCI for the award of a Messel Scholarship.

1. Set-up di data-logging Software <ol><li> Installare la raccolta dei dati e software del foglio elettronico su un computer dotato di una porta seriale RS232. </li><li> Collegare il computer al saldo tramite un cavo di connessione RS232 appropriato (in questo metodo sia il computer che il necessario equilibrio di un connettore a 9 pin). Il saldo sarà tipicamente collegato a COM1. </li><li> Aprire il software di raccolta dati. </li><li> Per registrare i dati in un foglio di calcolo (ad esempio, Excel), andare a &#39;Mode&#39;, poi &#39;inviare sequenze di tasti a&#39;, inserire il nome appropriato del software foglio di calcolo nel &#39;Application barra del titolo Testo&#39; e selezionare &#39;excel.exe&#39; in la &#39;linea di comando&#39;, quindi premere &#39;OK&#39;. Un segno di spunta dovrebbe comparire accanto a &#39;inviare sequenze di tasti&#39; nel menu a discesa la &#39;Mode&#39;. </li><li> Vai a &#39;Porta&#39;, poi su &#39;Impostazioni&#39; e garantire che i valori siano appropriati per l&#39;equilibrio in questione, quindi premere &#39;OK&#39;;. </li><li> Vai a &#39;Definire&#39;, poi &#39;Define ingresso struttura di record di dati&#39;, e selezionare &#39;char numerico ricevuto&#39; nel &#39;inizio della registrazione eventi&#39; sezione e &#39;Carriage Return o CrLf Ricevuto&#39; nel &#39;la fine della registrazione Evento&#39; sezione, poi premere &#39;Continua&#39;. </li><li> Quando viene visualizzata una finestra dal titolo &#39;Record struttura di ingresso&#39;, selezionare &#39;Ogni record di dati contiene un singolo campo di dati&#39; e poi premere &#39;Continua&#39;. </li><li> Quando una casella dal titolo &#39;Record Editor definizione di ingresso - inviare sequenze di tasti Mode&#39; appare: nel campo 1, impostare il &#39;Input Filter&#39; a &#39;dati numerici Solo&#39; e il &#39;campo Postambolo battiture&#39; a &#39;{Tab} {Minute}: {Seconda } {left} {} GIU &#39;, quindi premere&#39; OK &#39;. </li><li> Vai a &#39;Definire&#39;, poi &#39;Definire tasti di scelta rapida e le azioni calde&#39;. Selezionare Hot Key 1, quindi selezionare il tasto di scelta d&#39;azione &#39;Sospendi WinWedge&#39; e assegnare questo il tasto di scelta di battitura della &#39;BACKSPACE&#39;, e premereOK. </li><li> Vai a &#39;File&#39;, poi &#39;Salva con nome&#39;, e salvare il metodo in una cartella appropriata. </li></ol> 2. set-up sperimentale <ol><li> Aggiungere acqua in una ciotola di vetro fino a quando non si trova a circa ¾ pieno. Quindi, posizionare la ciotola di vetro su un agitatore-piastra riscaldante a temperatura controllata e calore a 50 ° C; In alternativa, utilizzare un bagno d&#39;acqua termostatato. </li><li> Aggiungere acqua deionizzata (5 ml) a 50 ml pallone a fondo rotondo e la posizione presente nel bagno d&#39;acqua tale che il livello dell&#39;acqua nella vasca è ben al di sopra del livello dell&#39;acqua nel pallone. </li><li> Inserire un termometro nel collo del pallone a fondo tondo per monitorare la temperatura dell&#39;acqua (dopo equilibrazione, la temperatura dell&#39;acqua nel pallone è di solito ~ 5 ° C inferiore al set point sulla piastra). Nota: Il set-up è pronto quando la temperatura dell&#39;acqua nel pallone rimane costante per un periodo di 10 min. </li><li> Riempire un bicchiere con acqua deionizzata. </li&gt; <li> Inserire un bicchiere vuoto sulla bilancia registrazione dei dati. </li><li> Costruire un ponte dal foglio di plastica che può trasferire l&#39;acqua dal beccuccio del bicchiere per il bicchiere vuoto sulla bilancia registrazione dei dati. Assicurarsi che il ponte plastica non è in contatto fisico con il bicchiere sulla bilancia registrazione dei dati. </li><li> Riempire un cilindro da 500 ml di misura con acqua deionizzata. </li><li> Mentre copre l&#39;estremità aperta con una mano guantata, invertire il cilindro graduato e posizionarlo nel bicchiere tale che l&#39;estremità aperta del cilindro graduato è appena sotto la superficie dell&#39;acqua. </li><li> Utilizzare uno stand storta dotato di due boss e morsetti per sostenere il cilindro graduato. A seconda delle dimensioni del cilindro di misurazione, posto contrappesi sulla base della storta stanno per impedire che cada a causa del peso dell&#39;acqua. </li><li> Regolare la posizione del bicchiere tale che il beccuccio è in contatto con il ponte di plastica. </li><li> sollevare con cautela il cilindro di misurazione di unllow rilascio di acqua e l&#39;ingresso di aria per assicurare che il livello di aria nel cilindro graduato è coerente all&#39;inizio di ogni esperimento (per esempio, 100 ml di aria). </li><li> Inserire il non-terra vetro fine congiunta di un adattatore modificato in un tratto di tubo. Sigillare avvolgendo accuratamente Parafilm intorno il collegamento tra il giunto e il tubo. </li><li> Inserire l&#39;estremità del tubo nel cilindro di misura. </li><li> Assicurarsi che l&#39;aggiunta di acqua in eccesso si tradurrà in esso scappare sulla bilancia aggiungendo acqua nel becher. Le perdite possono verificarsi ad alte portate alla connessione tra beccuccio del beaker e il ponte di plastica. </li><li> Assicurarsi che la bilancia non legge zero. Se necessario, aggiungere un po &#39;d&#39;acqua per il bicchiere sul saldo registrazione dei dati. </li><li> Utilizzando un equilibrio, pesare o 0.05, 0.10, 0.15, 0.20, o 0,25 g di silicio in una piccola fiala di vetro; non utilizzare una barca pesatura plastica come alcuni silicio tende ad essere intrappolati su quello internocollo del pallone quando viene aggiunto alla miscela di reazione da una barca pesatura. Questo problema viene evitato invece capovolgendo rapidamente una piccola fiala di vetro nel collo del pallone. </li></ol> 3. Procedura sperimentale <ol><li> Aggiungere la soluzione di idrossido di sodio (5 ml, 20% in peso) a 50 ml pallone a fondo rotondo e la posizione presente nel bagno d&#39;acqua tale che il livello dell&#39;acqua nella vasca è ben al di sopra del livello dell&#39;acqua nel pallone. </li><li> Inserire un termometro nel collo del pallone a fondo tondo per monitorare la temperatura della soluzione (dopo equilibrazione, la temperatura dell&#39;acqua nel pallone in questo set-up è di solito ~ 5 ° C inferiore al set point sulla piastra). </li><li> Lasciare agire per 10 minuti per equilibrare. </li><li> Prima del termine del periodo di equilibrio, aprire un nuovo foglio di calcolo nel pacchetto software foglio di calcolo e quindi aprire il software di raccolta dati. Caricare il metodo creato nel passaggio 1 andando su &#39;File&#39; sul software di raccolta datimenu di avvio, e poi &#39;metodo Open&#39;. </li><li> Poco prima del periodo di equilibrio 10 minuti è dovuto alla fine, andare a &#39;Attiva&#39; e poi cliccare su &#39;modalità normale&#39;. I dati comincerà ad essere registrato nel pacchetto software foglio di calcolo. </li><li> Alla fine del periodo di equilibrazione 10 minuti, aggiungere il silicio capovolgendo rapidamente la fiala di vetro e depositando il silicio nella soluzione di idrossido di sodio. </li><li> Rapidamente posizionare il giunto smerigliato dell&#39;adattatore che è attaccato al tubo nel collo del pallone a fondo tondo. Azzerare la bilancia. Nel momento in cui viene azzerato il saldo verrà preso come tempo (t) = 0 per l&#39;analisi dei dati. </li><li> Dopo 10 minuti sono trascorsi, fermare la registrazione dei dati premendo il tasto backspace e quindi selezionando l&#39;opzione &#39;Quit&#39; nel menu software di raccolta dati. Salvare il file nel pacchetto software foglio di calcolo. </li><li> Rimuovere l&#39;adattatore che è attaccato al tubo del pallone a fondo tondo ed aggiungere acqua per queNCH ​​la reazione. </li><li> Isolare il residuo solido nel pallone per ulteriori analisi mediante centrifugazione o filtrazione per gravità, o trasferire l&#39;intera miscela di reazione in un recipiente e neutralizzare con acido cloridrico (1 M) e smaltire i rifiuti appropriato. </li></ol> Analisi 4. I dati <ol><li> Assicurarsi che i dati vengono caricati in un pacchetto software foglio di calcolo appropriato. </li><li> Trova il punto in cui l&#39;equilibrio viene azzerata; questo è considerato essere il (t) = 0 punto della reazione. </li><li> Cancellare i dati che precede questo. </li><li> Inserire una colonna a sinistra di questi dati. Questo conterrà il tempo. </li><li> Aggiungere intervalli di tempo appropriati, partendo da zero, alla colonna che è stato appena inserito. La bilancia utilizzata in questi studi registrato 8,5 punti di dati per secondo, e quindi intervalli di tempo di 0,117647 (= 1 / 8,5) sono stati utilizzati sec. </li><li> Considerare gas che è stato raccolto per l&#39;acqua da satura di vapore acqueo. Durante la Collettaprocesso di ioni, il livello dell&#39;acqua nel cilindro di misura adatta per mantenere la pressione interna del cilindro di misura a pressione atmosferica. </li><li> Applicare un fattore di correzione approssimativa usando la legge di Dalton, in cui si afferma che la somma delle singole pressioni parziali dei gas in una miscela (P 1 ... P n) è uguale alla pressione (P tot). Come, se la temperatura ambiente è 298 K, la pressione parziale del vapore acqueo è 31,69.9 Pa, e la pressione totale del gas nel cilindro di misura è la pressione atmosferica (101,325 Pa), si può calcolare che rimane circa 3,08% vapore acqueo in volume nel gas raccolto. Stimare la quantità di vapore acqueo in idrogeno a temperature altri utilizzando la pressione parziale di vapore acqueo alla temperatura in questione. </li><li> Per ottenere una stima della quantità di idrogeno generato (se la temperatura ambiente è 298 K), moltiplicare il volume di gas da 0,97. </li><li> Stimare l&#39;iniziale idrovelocità di generazione gen montando una linea di tendenza lineare per il ripido pendio iniziale della curva generazione di idrogeno. </li><li> Prendere il periodo di induzione come il tempo impiegato per l&#39;acqua per essere spostato dal cilindro graduato. Queste stime di periodo di induzione non sono assoluti; la reazione attuale generazione di idrogeno inizia prima della fine del &#39;periodo di induzione&#39; stimato in questi esperimenti come una certa quantità di idrogeno deve essere generato per essere in grado di iniziare dell&#39;acqua spostamento. Tuttavia, tali valori consentono una valutazione della variazione relativa in periodo di induzione tra esperimenti. </li></ol>

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Hydrogen Energ. 39, 1648-1663 (2014).</li><li>Cheng, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+active+nanoporous+Co-B-TiO2+framework+for+hydrolysis+of+NaBH4.">Highly active nanoporous Co-B-TiO2 framework for hydrolysis of NaBH4.</a> Ceram. Int. 41, 899-905 (2015).</li><li>Chinnappan, A., Kim, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanocatalyst:+Electrospun+nanofibers+of+PVDF+-+Dicationic+tetrachloronickelate+(II)+anion+and+their+effect+on+hydrogen+generation+from+the+hydrolysis+of+sodium+borohydride.">Nanocatalyst: Electrospun nanofibers of PVDF - Dicationic tetrachloronickelate (II) anion and their effect on hydrogen generation from the hydrolysis of sodium borohydride.</a> Int. J. Hydrogen Energ. 37, 18851-18859 (2012).</li><li>Shang, Y., Chen, R., Jiang, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetic+study+of+NaBH4+hydrolysis+over+carbon-supported+ruthenium.">Kinetic study of NaBH4 hydrolysis over carbon-supported ruthenium.</a> Int. J. Hydrogen Energ. 33, 6719-6726 (2008).</li><li>Shang, Y., Chen, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Semiempirical+Hydrogen+Generation+Model+Using+Concentrated+Sodium+Borohydride+Solution.">Semiempirical Hydrogen Generation Model Using Concentrated Sodium Borohydride Solution.</a> Energy Fuels. 20, 2149-2154 (2006).</li><li>Wang, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Promoted+Mo+incorporated+Co-Ru-B+catalyst+for+fast+hydrolysis+of+NaBH4+in+alkaline+solutions.">Promoted Mo incorporated Co-Ru-B catalyst for fast hydrolysis of NaBH4 in alkaline solutions.</a> Int. J. Hydrogen Energ. 39, 16202-16211 (2014).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Le fasi più critiche del protocollo sono quelli che si verificano all&#39;inizio di un esperimento. La dipendenza dalla temperatura grande del tasso di queste reazioni di idrolisi significa che grande cura deve essere presa per assicurare che la temperatura della soluzione ha raggiunto l&#39;equilibrio prima dell&#39;aggiunta del solido. Il solido bisogna aggiungere rapidamente e completamente, il giunto di vetro smerigliato della scheda deve essere correttamente inserito nel collo del pallone a fondo tondo, e il saldo dovrà poi essere azzerato il più rapidamente possibile. Una misura non corretta del tempo di inizio e temperatura di reazione genererà risultati non corretti. Il metodo ha alcune limitazioni. È indispensabile che il bicchiere in cui viene inserito il cilindro graduato da restringere il più possibile per garantire che l&#39;acqua spostata dal cilindro graduato viene rapidamente incanalata il ponte di plastica sulla bilancia. Altrimenti, la tensione superficiale dell&#39;acqua permette abasso accumulo del livello dell&#39;acqua a basse portate (vedi figura 5) fino al punto in cui tutta l&#39;acqua viene rilasciato in una grande goccia. L&#39;errore del saldo limita anche la risoluzione dei dati. In questi esperimenti, un equilibrio con un errore di ± 0,05 g è stato utilizzato, che è adeguata quando si generano diverse centinaia di millilitri di idrogeno, ma un equilibrio con un errore minore sarebbe necessario se venivano misurate piccoli volumi. Come le gocce acqua spostata dal ponte sulla bilancia, la massa registrato dalla bilancia oscilla, cioè come una flebo cade sulla bilancia, la bilancia registra momentaneamente una massa leggermente più grande. Ciò significa che la differenziazione di elevata risoluzione temporale dati grezzi utilizzando pacchetti software è problematico, in quanto la pendenza oscilla. Il modo più appropriato per trovare il gradiente della parte più ripida della curva di generazione di idrogeno, e quindi il tasso di generazione di idrogeno, is per misura una linea retta ad esso e calcolare la sua pendenza. Accedendo automaticamente i dati in un foglio di calcolo, questo metodo offre un miglioramento significativo della precisione e risoluzione temporale rispetto ai metodi di spostamento dell&#39;acqua che si basano sulla registrazione del volume di gas sviluppato manualmente. Tuttavia, anche se è considerevolmente inferiore in termini di costi rispetto ai metodi che utilizzano telecamere e immagine software di analisi per monitorare lo sviluppo di gas, è generalmente inferiore a risoluzione temporale, e tali metodi basati su telecamere anche evitare il problema di oscillazione letture bilancio di massa a causa di acqua la formazione di gocce e quindi produrre dati che possono essere più facilmente elaborati da differenziazione. Il metodo dislocamento è applicabile alla raccolta di qualsiasi gas che ha una bassa solubilità in acqua. Così, questo protocollo sperimentale potrebbe essere modificato per la misura dei tassi di generazione di gas di altre reazioni chimiche che si evolvono acqua poco solubile gases.

Grazie alla loro elevata densità di energia, le batterie agli ioni di litio sono attualmente una delle fonti di energia più popolari per l&#39;elettronica di consumo portatili. Tuttavia, la quantità di energia che può essere trasportato da una batteria è limitata. Vi è quindi attualmente molto interesse per lo sviluppo di metodi alternativi per la fornitura di energia portatile. Uno dei metodi più promettenti è l&#39;uso di celle a combustibile a membrana di scambio (PEM) protonica, che generano elettricità e acqua combinando idrogeno e ossigeno. celle a combustibile PEM hanno due vantaggi principali rispetto alle batterie. In primo luogo, le celle a combustibile PEM possono fornire energia per un periodo molto più lungo di tempo (fino a quando si mantiene un flusso di idrogeno). In secondo luogo, a seconda della fonte di combustibile, celle a combustibile PEM possono avere una maggiore densità di energia rispetto alle batterie, che significa che un sistema più piccolo può fornire più energia. 1,2 Come risultato di questo, vi è un momento una grande quantità di ricerca diretto in via di sviluppo, le fonti portatili on-demand di idrogeno. 2-7 Un metodo attualmente ricevendo molta attenzione è la generazione di idrogeno per reazione chimica con l&#39;acqua. 8,9 Uno dei parametri più importanti che devono essere misurati in queste reazioni è l&#39;evoluzione dell&#39;idrogeno. Per le reazioni semplici, come l&#39;evoluzione dell&#39;idrogeno con l&#39;aggiunta di materiali di stoccaggio dell&#39;idrogeno chimica alle soluzioni acquose, è vantaggioso avere un semplice, sistema di misura a basso costo. Un esempio di tale sistema è il metodo di spostamento dell&#39;acqua, in cui il volume di gas generato in una reazione chimica viene misurata semplicemente monitorando il volume di acqua spostato da un cilindro graduato riempito d&#39;acqua invertita. Questa tecnica ha avuto origine nel trogolo pneumatica, che è stato sviluppato dal botanico Stephen Hales e poi adattato e messo a suo più famoso uso da parte di Joseph Priestley per isolare diversi gas, tra cui l&#39;ossigeno, nel 18 ° secolo. 10,11 Il metodo di spostamento dell&#39;acquaè applicabile a qualsiasi gas che non è particolarmente solubili in acqua, compreso l&#39;idrogeno, ed è ancora ampiamente utilizzato per registrare il volume di idrogeno generato dalle reazioni di varie sostanze chimiche, come boroidruro di sodio, alluminio e ferro-silicio, con acqua. 12- 20 Tuttavia, il metodo classico spostamento dell&#39;acqua, coinvolgendo registrazione manuale delle variazioni del livello dell&#39;acqua il gas evoluto, è noioso e può, a portate di gas elevate quando il livello dell&#39;acqua cambia rapidamente, sia imprecisa, in quanto è difficile per lo sperimentatore di prendere una lettura accurata. dati registrati manualmente è anche intrinsecamente a basso contenuto di risoluzione temporale, come uno sperimentatore non può realisticamente prendere le letture ad intervalli minori rispetto ~ 10 sec. Parecchi ricercatori hanno superato questo problema utilizzando telecamere per registrare il software di processo spostamento d&#39;acqua e l&#39;analisi dei dati per estrarre il cambiamento di volume nel tempo. 21-25 Tuttavia, questo requires conoscenza della programmazione di computer e apparecchiature relativamente costoso. Altri ricercatori hanno fatto uso di metri mass-flow di registrare il flusso di idrogeno. 26-29 Tuttavia, questi sono spesso in grado di rilevare solo gas su un range limitato, e sono più adatti per applicazioni in cui il flusso è mantenuta a una relativamente costante livello. Un approccio più semplice di ottenere una risoluzione più alta, dati più accurata è per incanalare l&#39;acqua spostata per evoluzione di idrogeno in un recipiente ricevente che si trova su un bilancio di massa. 30-35 La variazione di tale metodo qui descritto fa uso di laboratorio di grado generale vetreria e un basso costo, saldo disponibile commercialmente per registrare sviluppo di idrogeno dalla reazione di silicio con soluzioni acquose di idrossido di sodio. Invece di essere registrato manualmente, i dati vengono registrati in un foglio di calcolo utilizzando un pacchetto software di raccolta dati che consente il saldo di inviare dati al computer. Dovrebbeda notare che mentre questa tecnica è appropriato per misurare sviluppo di idrogeno sulla scala millilitro, non è adatto per misurare molto piccola (a causa dell&#39;incertezza del saldo) o molto grande (a causa delle limitate dimensioni del cilindro graduato) volumi idrogeno senza adattamento adeguato (per esempio, utilizzando una bilancia risoluzione più alta o un cilindro di misura più grande).

<table><tbody><tr><td>WinWedge software</td><td>Taltech</td><td></td><td>http://www.taltech.com/winwedge</td></tr><tr><td>High Resolution Top Loader Balance</td><td>LW Measurements, LLC</td><td>HRB6001</td><td>http://www.lwmeasurements.com/HRB-6001-High-Resoultion-Top-Loader-Balance-p/hrb6001.htm</td></tr><tr><td>Silicon</td><td>Sigma Aldrich</td><td>215619</td><td>325 mesh</td></tr><tr><td>Sodium hydroxide</td><td>Sigma Aldrich</td><td>221465</td><td>Reagent grade</td></tr><tr><td>Aluminium (65.7%)-silicon (34.3%) alloy&amp;nbsp;</td><td>Goodfellow</td><td>275-274-74</td><td></td></tr><tr><td>Excel</td><td>Microsoft</td><td></td><td>https://products.office.com/en-us/excel</td></tr><tr><td>Glass sample vials, 50 x 12 mm</td><td>Scientific Laboratory Supplies</td><td>TUB1152</td><td></td></tr><tr><td>Plastic sheet</td><td></td><td></td><td>Recycled from a smooth-sided plastic drinks bottle</td></tr><tr><td>Silicone tubing, 5 x 8 mm BxO D</td><td>Scientific Laboratory Supplies</td><td>TUB3806</td><td></td></tr><tr><td>Parafilm (2 in. by 250 ft.)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>P7543</td><td></td></tr><tr><td>Adapter</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Z415685</td><td>We used a custom-made adapter in our set-up, but this type of fitting would serve the same function</td></tr></tbody></table>

a simple, low-cost, and robust system to measure the volume of hydrogen evolved by chemical reactions with aqueous solutions

There is a growing research interest in the development of portable systems which can deliver hydrogen on-demand to proton exchange membrane (PEM) hydrogen fuel cells. Researchers seeking to develop such systems require a method of measuring the generated hydrogen. Herein, we describe a simple, low-cost, and robust method to measure the hydrogen generated from the reaction of solids with aqueous solutions. The reactions are conducted in a conventional one-necked round-bottomed flask placed in a temperature controlled water bath. The hydrogen generated from the reaction in the flask is channeled through tubing into a water-filled inverted measuring cylinder. The water displaced from the measuring cylinder by the incoming gas is diverted into a beaker on a balance. The balance is connected to a computer, and the change in the mass reading of the balance over time is recorded using data collection and spreadsheet software programs. The data can then be approximately corrected for water vapor using the method described herein, and parameters such as the total hydrogen yield, the hydrogen generation rate, and the induction period can also be deduced. The size of the measuring cylinder and the resolution of the balance can be changed to adapt the setup to different hydrogen volumes and flow rates.

Per studiare la riproducibilità del set-up sperimentale, diverse masse di silicio sono stati fatti reagire con soluzioni acquose di idrossido di sodio per generare idrogeno. Ogni reazione è stata effettuata in triplicato. Le curve medie di generazione di idrogeno sono mostrati in Figura 1. Totale produce idrogeno, velocità di generazione di idrogeno, e periodi medi induzione per ciascuna massa di silicio sono stati anche calcolati e vengono rappresentati barre di errore rappresentano deviazione standard nelle figure 2, 3, e 4, rispettivamente. C&#39;era molto poca deviazione dei rendimenti idrogeno totali e velocità di generazione dell&#39;idrogeno tra reazioni, e un maggior livello di scostamento nei periodi di induzione. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/54383/54383fig1.jpg" /> Figura 1: Esempio di curve generazione di idrogeno dalla riattisu silicio con idrossido di sodio acquoso. Vari masse di silicio (0.05, 0.10, 0.15, 0.20 e 0,25 g) sono stati fatti reagire con una soluzione di idrossido di sodio acquoso (5 ml, 20% in peso) a 50 ° C. generazione di idrogeno è stato registrato per un periodo di 10 min. Le reazioni sono state condotte in triplicato ed i risultati in media. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54383/54383fig1large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/54383/54383fig2.jpg" /> Figura 2:. Esempio di idrogeno valori di rendimento dalla reazione di silicio con idrossido di sodio acquoso I volumi totali di idrogeno evoluti in 10 minuti sono state dedotte dalle curve di generazione dell&#39;idrogeno. Le rese medie di idrogeno totali per ogni massa di silicio sono stati ottenuti e tracciati. Si può notare che vi è una relazione lineare tra la massa of silicio utilizzato nella reazione e il volume di idrogeno generato in queste condizioni di reazione. Le barre di errore rappresentano una deviazione standard dei rendimenti totali di idrogeno. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54383/54383fig2large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/54383/54383fig3.jpg" /> Figura 3:. Esempio di generazione di idrogeno Tasso Valori dalla reazione di silicio con idrossido di sodio acquoso I tassi iniziali o massimi di generazione di idrogeno per ciascuna massa di silicio sono stati calcolati dalle curve di generazione dell&#39;idrogeno. I tassi di generazione di idrogeno iniziali o medie massime per ogni massa di silicio sono stati ottenuti e tracciati. Si può notare che, in media, non vi è un rapporto di forza tra la massa di silicio utilizzato nella reazione e l&#39;idrogeno g iniziale o massima<html> tasso eneration osservato in queste condizioni di reazione. Le barre di errore rappresentano una deviazione standard dei tassi iniziali o al massimo generazione di idrogeno. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54383/54383fig3large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/54383/54383fig4.jpg" /> Figura 4:. Esempio di periodo di induzione valori dalla reazione di silicio con idrossido di sodio acquoso I periodi di induzione per la generazione di idrogeno per ciascuna massa di silicio sono state dedotte dalle curve di generazione dell&#39;idrogeno. Il periodo medio di induzione per ogni massa di silicio è stato ottenuto e tracciati. Si può notare che, in media, non c&#39;è grande variazione del periodo di induzione tra gli esperimenti. Le barre di errore rappresentano una deviazione standard dei tassi iniziali o al massimo generazione di idrogeno.ref = target &quot;https://www.jove.com/files/ftp_upload/54383/54383fig4large.jpg&quot; = &quot;_ blank&quot;&gt; Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. La figura 5 mostra alcuni risultati rappresentativi da un esperimento subottimale. In questo caso, il basso flusso di idrogeno tra i 200 ei 800 risultati sec nella formazione di gocce a causa della tensione superficiale dell&#39;acqua, che è sceso a circa 400 e 710 sec. Sebbene queste gocce non influenzano il calcolo del tasso massimo generazione di idrogeno, che potrebbero avere un effetto sulla resa totale di idrogeno se, per esempio, la misurazione è stata interrotta prima del gocciolamento caduto. È pertanto necessario o modificare le condizioni di reazione (in questo caso, per esempio, aggiungendo una maggiore massa di lega di alluminio-silicio o con una maggiore concentrazione di idrossido di sodio) per garantire un elevato flusso di gas o l&#39;installazione di reazione per evitare l&#39;accumulo di gocce. . Figura 5: Esempio di un esperimento non ottimale In questo esperimento, alluminio (65,7%) - silicio (34,3%) legato (0,2 g) è stato fatto reagire con una soluzione di idrossido di sodio acquoso (5 ml, 10% in peso) a 40 ° C . Anche se a tassi elevati iniziali di sviluppo di idrogeno registrazione della generazione di idrogeno è ottimale, in quanto il flusso rallenta la tensione superficiale dei risultati di acqua a gocce in formazione. Le gocce cadono a circa 400 e 710 sec, in questo caso. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54383/54383fig5large.jpg" target="_blank">Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a>

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A Simple, Low-cost, and Robust System to Measure the Volume of Hydrogen Evolved by Chemical Reactions with Aqueous Solutions

The study of methods to generate on-demand hydrogen for fuel cells continues to grow in importance. However, systems to measure hydrogen evolution from the reaction of chemicals with water can be complicated and expensive. This article details a simple, low-cost, and robust method to measure the evolution of hydrogen gas.

Un semplice, a basso costo, e robusto sistema per misurare il volume di idrogeno Evolved da reazioni chimiche con soluzioni acquose

There is a growing research interest in the development of portable systems which can deliver hydrogen on-demand to proton exchange membrane (PEM) ...

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Research

JoVE Journal

Chemistry

19.5K Views.  Loughborough University. The study of methods to generate on-demand hydrogen for fuel cells continues to grow in importance. However, systems to measure hydrogen evolution from the reaction of chemicals with water can be complicated and expensive. This article details a simple, low-cost, and robust method to measure the evolution of hydrogen gas.

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High-pressure Sapphire Cell for Phase Equilibria Measurements of CO2/Organic/Water Systems

The high pressure sapphire cell apparatus was constructed to visually determine the composition of multiphase systems without physical sampling. Specifically, the sapphire cell enables visual data collection from multiple loadings to solve a set of material balances to precisely determine phase composition. Ternary phase diagrams can then be established to determine the proportion of each component in each phase at a given condition. In principle, any ternary system can be studied although ternary systems (gas-liquid-liquid) are the specific examples discussed herein. For instance, the ternary THF-Water-CO2 system was studied at 25 and 40&#160;&#176;C and is described herein. Of key importance, this technique does not require sampling. Circumventing the possible disturbance of the system equilibrium upon sampling, inherent measurement errors, and technical difficulties of physically sampling under pressure is a significant benefit of this technique. Perhaps as important, the sapphire cell also enables the direct visual observation of the phase behavior. In fact, as the CO2 pressure is increased, the homogeneous THF-Water solution phase splits at about 2 MPa. With this technique, it was possible to easily and clearly observe the cloud point and determine the composition of the newly formed phases as a function of pressure.
The data acquired with the sapphire cell technique can be used for many applications. In our case, we measured swelling and composition for tunable solvents, like gas-expanded liquids, gas-expanded ionic liquids and Organic Aqueous Tunable Systems (OATS)1-4. For the latest system, OATS, the high-pressure sapphire cell enabled the study of (1) phase behavior as a function of pressure and temperature, (2) composition of each phase (gas-liquid-liquid) as a function of pressure and temperature and (3) catalyst partitioning in the two liquid phases as a function of pressure and composition. Finally, the sapphire cell is an especially effective tool to gather accurate and reproducible measurements in a timely fashion.

High-pressure Sapphire Cell for Phase Equilibria Measurements of CO2/Organic/Water Systems

The high pressure sapphire cell apparatus is a unique tool to study, without sampling, phase behavior under a wide range of pressures. Using a cathetometer, very precise volume measurements can be recorded to measure liquid expansion and phase composition. Thus, this synthetic method enables the study of (1) phase equilibria of multi-component mixtures and (2) the partition behavior of catalyst or model compounds as a function of pressure.

Ad alta pressione Sapphire cellulare per la fase Equilibri misurazioni di CO<sub&gt; 2</sub&gt; / biologici / Water Systems

The high pressure sapphire cell apparatus was constructed to visually determine the composition of multiphase systems without physical sampling. ...

Ricerca

Chimica

Protein Film Infrared Electrochemistry Demonstrated for Study of H2 Oxidation by a [NiFe] Hydrogenase

Understanding the chemistry of redox proteins demands methods that provide precise control over redox centers within the protein. The technique of protein film electrochemistry, in which a protein is immobilized on an electrode surface such that the electrode replaces physiological electron donors or acceptors, has provided functional insight into the redox reactions of a range of different proteins. Full chemical understanding requires electrochemical control to be combined with other techniques that can add additional structural and mechanistic insight. Here we demonstrate a technique, protein film infrared electrochemistry, which combines protein film electrochemistry with infrared spectroscopic sampling of redox proteins. The technique uses a multiple-reflection attenuated total reflectance geometry to probe a redox protein immobilized on a high surface area carbon black electrode. Incorporation of this electrode into a flow cell allows solution pH or solute concentrations to be changed during measurements. This is particularly powerful in addressing redox enzymes, where rapid catalytic turnover can be sustained and controlled at the electrode allowing spectroscopic observation of long-lived intermediate species in the catalytic mechanism. We demonstrate the technique with experiments on E. coli hydrogenase 1 under turnover (H2 oxidation) and non-turnover conditions.

Protein Film Infrared Electrochemistry Demonstrated for Study of H2 Oxidation by a [NiFe] Hydrogenase

Here, we describe a technique, protein film infrared electrochemistry, which allows immobilized redox proteins to be studied spectroscopically under direct electrochemical control at a carbon electrode. Infrared spectra of a single protein sample can be recorded at a range of applied potentials and under a variety of solution conditions.

Proteina pellicola infrarossa elettrochimica ha dimostrato per lo studio di H2 ossidazione da un'idrogenasi [NiFe]

Understanding the chemistry of redox proteins demands methods that provide precise control over redox centers within the protein. The technique of protein ...

Biochimica

Quantification of Hydrogen Concentrations in Surface and Interface Layers and Bulk Materials through Depth Profiling with Nuclear Reaction Analysis

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and non-destructively reveals the hydrogen density distribution at surfaces, at interfaces, and in the volume of solid materials with high depth resolution. The technique applies a 15N ion beam of 6.385 MeV provided by an electrostatic accelerator and specifically detects the 1H isotope in depths up to about 2 &#956;m from the target surface. Surface H coverages are measured with a sensitivity in the order of ~1013 cm-2 (~1% of a typical atomic monolayer density) and H volume concentrations with a detection limit of ~1018 cm-3 (~100 at. ppm). The near-surface depth resolution is 2-5 nm for surface-normal 15N ion incidence onto the target and can be enhanced to values below 1 nm for very flat targets by adopting a surface-grazing incidence geometry. The method is versatile and readily applied to any high vacuum compatible homogeneous material with a smooth surface (no pores). Electrically conductive targets usually tolerate the ion beam irradiation with negligible degradation. Hydrogen quantitation and correct depth analysis require knowledge of the elementary composition (besides hydrogen) and mass density of the target material. Especially in combination with ultra-high vacuum methods for in-situ target preparation and characterization, 1H(15N,&#945;&#947;)12C NRA is ideally suited for hydrogen analysis at atomically controlled surfaces and nanostructured interfaces. We exemplarily demonstrate here the application of 15N NRA at the MALT Tandem accelerator facility of the University of Tokyo to (1) quantitatively measure the surface coverage and the bulk concentration of hydrogen in the near-surface region of a H2 exposed Pd(110) single crystal, and (2) to determine the depth location and layer density of hydrogen near the interfaces of thin SiO2 films on Si(100).

We illustrate the application of 1H(15N,&#945;&#947;)12C resonant nuclear reaction analysis (NRA) to quantitatively evaluate the density of hydrogen atoms on the surface, in the volume, and at an interfacial layer of solid materials. The near-surface hydrogen depth profiling of a Pd(110) single crystal and of SiO2/Si(100) stacks is described.

La quantificazione delle concentrazioni di idrogeno in superficie e di interfaccia Livelli e materiale sfuso attraverso profili di profondità con l&#39;analisi reazione nucleare

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and ...

Ingegneria

Measurement of Outgassing Rates of Steels

Steels are commonly used materials in the fabrication of vacuum systems because of their good mechanical, corrosion, and vacuum properties. A variety of steels meet the criterion of low outgassing required for high or ultrahigh vacuum applications. However, a given material can present different outgassing rates depending on its manufacturing process or the various pretreatment processes involved during the fabrication. Thus, the measurement of outgassing rates is highly desirable for a specific vacuum application. For this reason, the rate-of-pressure rise (RoR) method is often used to measure the outgassing of hydrogen after bakeout. In this article, a detailed description of the design and execution of the experimental protocol involved in the RoR method is provided. The RoR method uses a spinning rotor gauge to minimize errors that stem from outgassing or the pumping action of a vacuum gauge. The outgassing rates of two ordinary steels (stainless steel and mild steel) were measured. The measurements were made before and after the heat pretreatment of the steels. The heat pretreatment of steels was performed to reduce the outgassing. Extremely low rates of outgassing (on the order of 10&#8722;11 Pa m3 sec&#8722;1 m&#8722;2) can be routinely measured using relatively small samples.

A protocol for the measurement of outgassing rates of hydrogen from ordinary steel vacuum chambers using the rate-of-pressure rise method is presented.

Misura di degassamento Tassi di Acciai

Steels are commonly used materials in the fabrication of vacuum systems because of their good mechanical, corrosion, and vacuum properties. A variety of ...

Quantitative Analysis by Thermogravimetry-Mass Spectrum Analysis for Reactions with Evolved Gases

During energy conversion, material production, and metallurgy processes, reactions often have the features of unsteadiness, multistep, and multi-intermediates. Thermogravimetry-mass spectrum (TG-MS) is seen as a powerful tool to study reaction features. However, reaction details and reaction mechanics have not been effectively obtained directly from the ion current of TG-MS. Here, we provide a method of an equivalent characteristic spectrum analysis (ECSA) for analyzing the mass spectrum and giving the mass flow rate of reaction gases as precise as possible. The ECSA can effectively separate overlapping ion peaks and then eliminate the mass discrimination and temperature-dependent effect. Two example experiments are presented: (1) the decomposition of CaCO3 with evolved gas of CO2 and the decomposition of hydromagnesite with evolved gas of CO2 and H2O, to evaluate the ECSA on single-component system measurement and (2) the thermal pyrolysis of Zhundong coal with evolved gases of inorganic gases CO, H2, and CO2, and organic gases C2H4, C2H6, C3H8, C6H14, etc., to evaluate the ECSA on multi-component system measurement. Based on the successful calibration of the characteristic spectrum and relative sensitivity of specific gas and the ECSA on mass spectrum, we demonstrate that the ECSA accurately gives the mass flow rates of each evolved gas, including organic or inorganic gases, for not only single but multi-component reactions, which cannot be implemented by the traditional measurements.

Precise determination of the evolved gases&#39; flow rate is key to study the details of reactions. We provide a novel quantitative analysis method of equivalent characteristic spectrum analysis for thermogravimetry-mass spectrum analysis by establishing the calibration system of the characteristic spectrum and relative sensitivity, for obtaining the flow rate.

Analisi quantitativa mediante analisi di spettro Termogravimetria-massa per reazioni con i gas evoluti

During energy conversion, material production, and metallurgy processes, reactions often have the features of unsteadiness, multistep, and ...

<meta charset="utf8"></head><body>Una configurazione pratica ed economica per misurare il metano in campioni acquosi

Measuring Dissolved Methane in Aquatic Ecosystems Using An Optical Spectroscopy Gas Analyzer

Measuring greenhouse gas (GHG) fluxes and pools in ecosystems are becoming increasingly common in ecological studies due to their relevance to climate change. With it, the need for analytical platforms adaptable to measuring different pools and fluxes within research groups also grows. This study aims to develop a procedure to use portable optical spectroscopy-based gas analyzers, originally designed and marketed for gas flux measurements, to measure GHG concentrations in aqueous samples. The protocol involves the traditional headspace equilibration technique followed by the injection of a headspace gas subsample into a chamber connected through a closed loop to the inlet and outlet ports of the gas analyzer. The chamber is fabricated from a generic mason jar and simple laboratory supplies, and it is an ideal solution for samples that may require pre-injection dilution. Methane concentrations measured with the chamber are tightly correlated (r2 &#62; 0.98) with concentrations determined separately through gas chromatography-flame ionization detection (GC-FID) on subsamples from the same vials. The procedure is particularly relevant for field studies in remote areas where chromatography equipment and supplies are not readily available, offering a practical, cheaper, and more efficient solution for measuring methane and other dissolved greenhouse gas concentrations in aquatic systems.

<meta charset="utf8"></head><body>Misurazione del metano disciolto negli ecosistemi acquatici utilizzando un analizzatore di gas per spettroscopia ottica

This study demonstrates an approach to measure methane gas concentrations in aqueous samples using portable optical analyzers coupled to an injection chamber in a closed loop. The results are similar to conventional gas chromatography, presenting a practical and low-cost alternative particularly suitable for remote field studies.

Misurazione del metano disciolto negli ecosistemi acquatici utilizzando un analizzatore di gas per spettroscopia ottica

Measuring greenhouse gas (GHG) fluxes and pools in ecosystems are becoming increasingly common in ecological studies due to their relevance to climate ...

Ambiente

Developing Photosensitizer-Cobaloxime Hybrids for Solar-Driven H2 Production in Aqueous Aerobic Conditions

Developing photocatalytic H2 production devices is the one of the key steps for constructing a global H2-based renewable energy infrastructure. A number of photoactive assemblies have emerged where a photosensitizer and cobaloxime-based H2 production catalysts work in tandem to convert light energy into the H-H chemical bonds. However, the long-term instability of these assemblies and the need for hazardous proton sources have limited their usage. Here, in this work, we have integrated a stilbene-based organic dye into the periphery of a cobaloxime core via a distinct axial pyridine linkage. This strategy allowed us to develop a photosensitizer-catalyst hybrid structure with the same molecular framework. In this article, we have explained the detailed procedure of the synthesis of this hybrid molecule in addition to its comprehensive chemical characterization. The structural and optical studies have exhibited an intense electronic interaction between the cobaloxime core and the organic photosensitizer. The cobaloxime was active for H2 production even in the presence of water as the proton source. Here, we have developed a simple airtight system connected with an online H2 detector for the investigation of the photocatalytic activity by this hybrid complex. This photosensitizer-catalyst dyad present in the experimental setup continuously produced H2 once it was exposed in the natural sunlight. This photocatalytic H2 production by the hybrid complex was observed in aqueous/organic mixture media in the presence of a sacrificial electron donor under complete aerobic conditions. Thus, this photocatalysis measurement system along with the photosensitizer-catalyst dyad provide valuable insight for the development of next generation photocatalytic H2 production devices.

Developing Photosensitizer-Cobaloxime Hybrids for Solar-Driven H2 Production in Aqueous Aerobic Conditions

We have directly incorporated a stilbene-based organic dye into a cobaloxime core to generate a photosensitizer-catalyst dyad for photocatalytic H2 production. We have also developed a simple experimental setup for evaluating the light-driven H2 production by photocatalytic assemblies.

Sviluppo di ibridi Fotosensibilizzante-Cobaloxime per la produzione di H2 a energia solare in condizioni aerobiche aqueous ivi

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Hydrogen Production and Utilization in a Membrane Reactor

Industrial hydrogenation consumes ~11 Mt of fossil-derived H2 gas yearly. Our group invented a membrane reactor to bypass the need to use H2 gas for hydrogenation chemistry. The membrane reactor sources hydrogen from water and drives reactions using renewable electricity. In this reactor, a thin piece of Pd separates an electrochemical hydrogen production compartment from a chemical hydrogenation compartment. The Pd in the membrane reactor acts as (i) a hydrogen-selective membrane, (ii) a cathode, and (iii) a catalyst for hydrogenation. Herein, we report the use of atmospheric mass spectrometry (atm-MS) and gas chromatography mass spectrometry (GC-MS) to demonstrate that an applied electrochemical bias across a Pd membrane enables efficient hydrogenation without direct H2 input in a membrane reactor. With atm-MS, we measured a hydrogen permeation of 73%, which enabled the hydrogenation of propiophenone to propylbenzene with 100% selectivity, as measured by GC-MS. In contrast to conventional electrochemical hydrogenation, which is limited to low concentrations of starting material dissolved in a protic electrolyte, the physical separation of hydrogen production from utilization in the membrane reactor enables hydrogenation in any solvent or at any concentration. The use of high concentrations and a wide range of solvents is particularly important for reactor scalability and future commercialization.

Membrane reactors enable hydrogenation in ambient conditions without direct H2 input. We can track the hydrogen production and utilization in these systems using atmospheric mass spectrometry (atm-MS) and gas chromatography mass spectrometry (GC-MS).

Produzione e utilizzo dell'idrogeno in un reattore a membrana

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Un semplice, a basso costo, e robusto sistema per misurare il volume di idrogeno Evolved da reazioni chimiche con soluzioni acquose

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Misurazione del metano disciolto negli ecosistemi acquatici utilizzando un analizzatore di gas per spettroscopia ottica

Misurazione del metano disciolto negli ecosistemi acquatici utilizzando un analizzatore di gas per spettroscopia ottica

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