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 border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="582">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">WinWedge software</td>
			<td style="width:80px;">Taltech</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">http://www.taltech.com/winwedge</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">High Resolution Top Loader Balance</td>
			<td style="width:80px;">LW Measurements, LLC</td>
			<td style="width:119px;">HRB6001</td>
			<td>http://www.lwmeasurements.com/HRB-6001-High-Resoultion-Top-Loader-Balance-p/hrb6001.htm</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Silicon</td>
			<td style="width:80px;">Sigma Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">215619</td>
			<td>325 mesh</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Sodium hydroxide</td>
			<td style="width:80px;">Sigma Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">221465</td>
			<td>Reagent grade</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Aluminium (65.7%)-silicon (34.3%) alloy&#160;</td>
			<td style="width:80px;">Goodfellow</td>
			<td style="width:119px;">275-274-74</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Excel</td>
			<td style="width:80px;">Microsoft</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>https://products.office.com/en-us/excel</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Glass sample vials, 50x12mm</td>
			<td style="width:80px;">Scientific Laboratory Supplies</td>
			<td style="width:119px;">TUB1152</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Plastic sheet</td>
			<td style="width:80px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Recycled from a smooth-sided plastic drinks bottle</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Silicone tubing, 5x8mm BxO D</td>
			<td style="width:80px;">Scientific Laboratory Supplies</td>
			<td style="width:119px;">TUB3806</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Parafilm (2 in. by 250 ft.)</td>
			<td style="width:80px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">P7543</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Adapter</td>
			<td style="width:80px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">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

19.4K 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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Free Radicals in Chemical Biology: from Chemical Behavior to Biomarker Development

The involvement of free radicals in life sciences has constantly increased with time and has been connected to several physiological and pathological processes. This subject embraces diverse scientific areas, spanning from physical, biological and bioorganic chemistry to biology and medicine, with applications to the amelioration of quality of life, health and aging. Multidisciplinary skills are required for the full investigation of the many facets of radical processes in the biological environment and chemical knowledge plays a crucial role in unveiling basic processes and mechanisms. We developed a chemical biology approach able to connect free radical chemical reactivity with biological processes, providing information on the mechanistic pathways and products. The core of this approach is the design of biomimetic models to study biomolecule behavior (lipids, nucleic acids and proteins) in aqueous systems, obtaining insights of the reaction pathways as well as building up molecular libraries of the free radical reaction products. This context can be successfully used for biomarker discovery and examples are provided with two classes of compounds: mono-trans isomers of cholesteryl esters, which are synthesized and used as references for detection in human plasma, and purine 5',8-cyclo-2'-deoxyribonucleosides, prepared and used as reference in the protocol for detection of such lesions in DNA samples, after ionizing radiations or obtained from different health conditions.

Radical-based biomimetic chemistry has been applied to building-up libraries necessary for biomarker development.

I radicali liberi in Chemical Biology: da comportamento chimico a sviluppo Biomarker

The involvement of free radicals in life sciences has constantly increased with time and has been connected to several physiological and pathological ...

Ricerca

Chimica

Isolation and Chemical Characterization of Lipid A from Gram-negative Bacteria

Lipopolysaccharide (LPS) is the major cell surface molecule of gram-negative bacteria, deposited on the outer leaflet of the outer membrane bilayer. LPS can be subdivided into three domains: the distal O-polysaccharide, a core oligosaccharide, and the lipid A domain consisting of a lipid A molecular species and 3-deoxy-D-manno-oct-2-ulosonic acid residues (Kdo). The lipid A domain is the only component essential for bacterial cell survival. Following its synthesis, lipid A is chemically modified in response to environmental stresses such as pH or temperature, to promote resistance to antibiotic compounds, and to evade recognition by mediators of the host innate immune response. The following protocol details the small- and large-scale isolation of lipid A from gram-negative bacteria. Isolated material is then chemically characterized by thin layer chromatography (TLC) or mass-spectrometry (MS). In addition to matrix-assisted laser desorption/ionization-time of flight (MALDI-TOF) MS, we also describe tandem MS protocols for analyzing lipid A molecular species using electrospray ionization (ESI) coupled to collision induced dissociation (CID) and newly employed ultraviolet photodissociation (UVPD) methods. Our MS protocols allow for unequivocal determination of chemical structure, paramount to characterization of lipid A molecules that contain unique or novel chemical modifications. We also describe the radioisotopic labeling, and subsequent isolation, of lipid A from bacterial cells for analysis by TLC. Relative to MS-based protocols, TLC provides a more economical and rapid characterization method, but cannot be used to unambiguously assign lipid A chemical structures without the use of standards of known chemical structure. Over the last two decades isolation and characterization of lipid A has led to numerous exciting discoveries that have improved our understanding of the physiology of gram-negative bacteria, mechanisms of antibiotic resistance, the human innate immune response, and have provided many new targets in the development of antibacterial compounds.

Isolation and characterization of the lipid A domain of lipopolysaccharide (LPS) from gram-negative bacteria provides insight into cell surface based mechanisms of antibiotic resistance, bacterial survival and fitness, and how chemically diverse lipid A molecular species differentially modulate host innate immune responses.

Isolamento e Caratterizzazione chimica del lipide A da batteri Gram-negativi

Lipopolysaccharide (LPS) is the major cell surface molecule of gram-negative bacteria, deposited on the outer leaflet of the outer membrane bilayer. LPS ...

A Simple and Rapid Protocol for Measuring Neutral Lipids in Algal Cells Using Fluorescence

Algae are considered excellent candidates for renewable fuel sources due to their natural lipid storage capabilities. Robust monitoring of algal fermentation processes and screening for new oil-rich strains requires a fast and reliable protocol for determination of intracellular lipid content. Current practices rely largely on gravimetric methods to determine oil content, techniques developed decades ago that are time consuming and require large sample volumes. In this paper, Nile Red, a fluorescent dye that has been used to identify the presence of lipid bodies in numerous types of organisms, is incorporated into a simple, fast, and reliable protocol for measuring the neutral lipid content of Auxenochlorella protothecoides, a green alga. The method uses ethanol, a relatively mild solvent, to permeabilize the cell membrane before staining and a 96 well micro-plate to increase sample capacity during fluorescence intensity measurements. It has been designed with the specific application of monitoring bioprocess performance. Previously dried samples or live samples from a growing culture can be used in the assay.

A simple protocol to determine the neutral lipid content of algal cells using a Nile Red staining procedure is described. This time-saving technique offers an alternative to traditional gravimetric-based lipid quantification protocols. It has been designed for the specific application of monitoring bioprocess performance.

Una semplice e rapida il protocollo per la misurazione lipidi neutri in cellule algali Uso fluorescenza

Algae are considered excellent candidates for renewable fuel sources due to their natural lipid storage capabilities. Robust monitoring of algal ...

An Inverse Analysis Approach to the Characterization of Chemical Transport in Paints

The ability to directly characterize chemical transport and interactions that occur within a material (i.e., subsurface dynamics) is a vital component in understanding contaminant mass transport and the ability to decontaminate materials. If a material is contaminated, over time, the transport of highly toxic chemicals (such as chemical warfare agent species) out of the material can result in vapor exposure or transfer to the skin, which can result in percutaneous exposure to personnel who interact with the material. Due to the high toxicity of chemical warfare agents, the release of trace chemical quantities is of significant concern. Mapping subsurface concentration distribution and transport characteristics of absorbed agents enables exposure hazards to be assessed in untested conditions. Furthermore, these tools can be used to characterize subsurface reaction dynamics to ultimately design improved decontaminants or decontamination procedures. To achieve this goal, an inverse analysis mass transport modeling approach was developed that utilizes time-resolved mass spectroscopy measurements of vapor emission from contaminated paint coatings as the input parameter for calculation of subsurface concentration profiles. Details are provided on sample preparation, including contaminant and material handling, the application of mass spectrometry for the measurement of emitted contaminant vapor, and the implementation of inverse analysis using a physics-based diffusion model to determine transport properties of live chemical warfare agents including distilled mustard (HD) and the nerve agent VX.

In this paper, a procedure for quantifying the mass transport parameters of chemicals in various materials is presented. This process involves employing an inverse-analysis based diffusion model to vapor emission profiles recorded by real-time, mass spectrometry in high vacuum.

Un approccio di analisi inversa per la caratterizzazione dei Trasporti Chemical nelle vernici

The ability to directly characterize chemical transport and interactions that occur within a material (i.e., subsurface dynamics) is a vital component in ...

Preparing Adherent Cells for X-ray Fluorescence Imaging by Chemical Fixation

X-ray fluorescence imaging allows us to non-destructively measure the spatial distribution and concentration of multiple elements simultaneously over large or small sample areas. It has been applied in many areas of science, including materials science, geoscience, studying works of cultural heritage, and in chemical biology. In the case of chemical biology, for example, visualizing the metal distributions within cells allows us to study both naturally-occurring metal ions in the cells, as well as exogenously-introduced metals such as drugs and nanoparticles. Due to the fully hydrated nature of nearly all biological samples, cryo-fixation followed by imaging under cryogenic temperature represents the ideal imaging modality currently available. However, under the circumstances that such a combination is not easily accessible or practical, aldehyde based chemical fixation remains useful and sometimes inevitable. This article describes in as much detail as possible in the preparation of adherent mammalian cells by chemical fixation for X-ray fluorescent imaging.

Here, we present a protocol on how to determine the quantity and distribution of metals in a sample using synchrotron X-ray fluorescence. We focus on adherent cells, and describe the chemical fixation method to prepare this sample. We then describe how to mount and image the sample using synchrotron X-rays.

Preparazione cellule aderenti per X-ray Fluorescence Imaging da Chemical Fixation

X-ray fluorescence imaging allows us to non-destructively measure the spatial distribution and concentration of multiple elements simultaneously over ...

Supercritical Nitrogen Processing for the Purification of Reactive Porous Materials

Supercritical fluid extraction and drying methods are well established in numerous applications for the synthesis and processing of porous materials. Herein, nitrogen is presented as a novel supercritical drying fluid for specialized applications such as in the processing of reactive porous materials, where carbon dioxide and other fluids are not appropriate due to their higher chemical reactivity. Nitrogen exhibits similar physical properties in the near-critical region of its phase diagram as compared to carbon dioxide: a widely tunable density up to ~1 g ml-1, modest critical pressure (3.4 MPa), and small molecular diameter of ~3.6 &#197;. The key to achieving a high solvation power of nitrogen is to apply a processing temperature in the range of 80-150 K, where the density of nitrogen is an order of magnitude higher than at similar pressures near ambient temperature. The detailed solvation properties of nitrogen, and especially its selectivity, across a wide range of common target species of extraction still require further investigation. Herein we describe a protocol for the supercritical nitrogen processing of porous magnesium borohydride.

Nitrogen is an effective supercritical fluid for extraction or drying processes due to its small molecular size, high density in the near-liquid supercritical regime, and chemical inertness. We present a supercritical nitrogen drying protocol for the purification treatment of reactive, porous materials.

Elaborazione azoto supercritica per la purificazione di reattivi materiali porosi

Supercritical fluid extraction and drying methods are well established in numerous applications for the synthesis and processing of porous materials. ...

Sulfate Separation by Selective Crystallization with a Bis-iminoguanidinium Ligand

A simple and effective method for selective sulfate separation from aqueous solutions by crystallization with a bis-guanidinium ligand, 1,4-benzene-bis(iminoguanidinium) (BBIG), is demonstrated. The ligand is synthesized as the chloride salt (BBIG-Cl) by in situ imine condensation of terephthalaldehyde with aminoguanidinium chloride in water, followed by crystallization as the sulfate salt (BBIG-SO4). Alternatively, BBIG-Cl is synthesized ex situ in larger scale from ethanol. The sulfate separation ability of the BBIG ligand is demonstrated by selective and quantitative crystallization of sulfate from seawater. The ligand can be recycled by neutralization of BBIG-SO4 with aqueous NaOH and crystallization of the neutral bis-iminoguanidine, which can be converted back into BBIG-Cl with aqueous HCl and reused in another separation cycle. Finally, 35S-labeled sulfate and &#946; liquid scintillation counting are employed for monitoring the sulfate concentration in solution. Overall, this protocol will instruct the user in the necessary skills to synthesize a ligand, employ it in the selective crystallization of sulfate from aqueous solutions, and quantify the separation efficiency.

A protocol for in situ aqueous synthesis of a bis(iminoguanidinium) ligand and its utilization in selective separation of sulfate is presented.

Separazione solfato da selettiva cristallizzazione con un legante bis-iminoguanidinium

A simple and effective method for selective sulfate separation from aqueous solutions by crystallization with a bis-guanidinium ligand, ...

Green and Low-cost Production of Thermally Stable and Carboxylated Cellulose Nanocrystals and Nanofibrils Using Highly Recyclable Dicarboxylic Acids

Here we demonstrate potentially low cost and green productions of high thermally stable and carboxylated cellulose nanocrystals (CNCs) and nanofibrils (CNF) from bleached eucalyptus pulp (BEP) and unbleached mixed hardwood kraft pulp (UMHP) fibers using highly recyclable dicarboxylic solid acids. Typical operating conditions were acid concentrations of 50 - 70 wt% at 100 &#176;C for 60 min and 120 &#176;C (no boiling at atmospheric pressure) for 120 min, for BEP and UMHP, respectively. The resultant CNCs have a higher thermal degradation temperature than their corresponding feed fibers and carboxylic acid group content from 0.2 - 0.4 mmol/g. The low strength (high pKa of 1.0 - 3.0) of organic acids also resulted in CNCs with both longer lengths of approximately 239 - 336 nm and higher crystallinity than CNCs produced using mineral acids. Cellulose loss to sugar was minimal. Fibrous cellulosic solid residue (FCSR) from the dicarboxylic acid hydrolysis was used to produce carboxylated CNFs through subsequent mechanical fibrillation with low energy input.

Here we demonstrate a novel method for green and sustainable productions of highly thermally stable and carboxylated cellulose nanocrystals (CNC) and nanofibrils (CNF) using highly recyclable solid dicarboxylic acids.

Produzione Verde e basso costo di termicamente stabile e carbossilati cellulosa nanocristalli e Nanofibrils Utilizzando altamente riciclabile bicarbossilici Acidi

Here we demonstrate potentially low cost and green productions of high thermally stable and carboxylated cellulose nanocrystals (CNCs) and nanofibrils ...

Facile Preparation of (2Z,4E)-Dienamides by the Olefination of Electron-deficient Alkenes with Allyl Acetate

Direct cross-coupling between two alkenes via vinylic C-H bond activation represents an efficient strategy for the synthesis of butadienes with high atomic and step economy. However, this functionality-directed cross-coupling reaction has not been developed, as there are still limited directing groups in practical use. In particular, a stoichiometric amount of oxidant is usually required, producing a large amount of waste. Due to our interest in novel 1,3-butadiene synthesis, we describe the ruthenium-catalyzed olefination of electron-deficient alkenes using allyl acetate and without external oxidant. The reaction of 2-phenyl acrylamide and allyl acetate was chosen as a model reaction, and the desired diene product was obtained in 80% isolated yield with good stereoselectivity (Z,E/Z,Z = 88:12) under optimal conditions: [Ru(p-cymene) Cl2]2 (3 mol %) and AgSbF6 (20 mol %) in DCE at 110 &#186;C for 16 h. With the optimized catalytic conditions in hand, representative &#945;- and/or &#946;-substituted acrylamides were investigated, and all reacted smoothly, regardless of aliphatic or aromatic groups. Also, differently N-substituted acrylamides have proven to be good substrates. Moreover, we examined the reactivity of different allyl derivatives, suggesting that the chelation of acetate oxygen to the metal is crucial for the catalytic process. Deuterium-labeled experiments were also conducted to investigate the reaction mechanism. Only Z-selective H/D exchanges on acrylamide were observed, indicating a reversible cyclometalation event. In addition, a kinetic isotope effect (KIE) of 3.2 was observed in the intermolecular isotopic study, suggesting that the olefinic C-H metalation step is probably involved in the rate-determining step.

Facile Preparation of 2Z,4E-Dienamides by the Olefination of Electron-deficient Alkenes with Allyl Acetate

The ruthenium-catalyzed olefination of electron-deficient alkenes with allyl acetate is described here. By using aminocarbonyl as a directing group, this external oxidant-free protocol has high efficiency and good stereo- and regioselectivity, opening a novel synthetic route to (Z,E)-butadiene skeletons.

Facile Preparazione di (2<em&gt; Z</em&gt;, 4<em&gt; E</em&gt;) - Dienamidi per l&#39;olefinazione di elettroni con deficit di elettroni con allil-acetato

Direct cross-coupling between two alkenes via vinylic C-H bond activation represents an efficient strategy for the synthesis of butadienes with high ...

Extraction of Ramie Fiber in Alkali Hydrogen Peroxide System Supported by Controlled-release Alkali Source

This protocol demonstrates a method for ramie fiber extraction by scouring raw ramie in an alkali hydrogen peroxide system supported by a controlled-release alkali source. The fiber extracted from ramie is a type of textile material of great importance. In previous studies, ramie fiber was extracted in an alkali hydrogen peroxide system supported only by sodium hydroxide.However, due to the strong alkalinity of sodium hydroxide, the oxidation reaction speed of hydrogen peroxide was difficult to control and thus resulted in great damage to the treated fiber. In this protocol, a controlled-release alkali source, which is composed of sodium hydroxide and magnesium hydroxide, is used to provide an alkali condition and buffer the pH value of the alkali hydrogen peroxidesystem. The substitution rate of magnesium hydroxide can adjust the pH value of the hydrogen peroxide system and has great influence on the fiber properties. The pH value and oxidation-reduction potential (ORP) value, which represents the oxidation ability of alkali hydrogen peroxide system, were monitored using a pH meter and ORP meter, respectively. The residual hydrogen peroxide content in the alkali hydrogen peroxide system during the extraction process and the chemical oxygen demand (COD) value of wastewater after fiber extraction are tested by KMnO4 titration method. The yield of fiber is measured using a precision electronic balance, and residual gums of fiber are tested by a chemical analysis method. The polymerization degree (PD value) of fiber is tested by an intrinsic viscosity method using the Ubbelohde viscometer. The tensile property of fiber, including tenacity, elongation, and rupture, is measured using a fiber strength instrument. Fourier transform infrared spectroscopy and X-ray diffraction are used to characterize the functional groups and crystal property of fiber. This protocol proves that the controlled-release alkali source can improve the properties of the fiber extracted in an alkali hydrogen peroxide system.

Presented here is a protocol for extraction of ramie fiber in alkali hydrogen peroxide system supported by controlled-release alkali source.

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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