Name: electrospinning of photocatalytic electrodes for dye-sensitized solar cells
Uploaded: 2017-06-28T13:00:00
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著者には謝辞はありません。

1.前駆体溶液の調製注記：使用前に関連するすべての物質安全データシート（MSDS）を参照してください。この手順で使用される化学物質のいくつかは、ヒトに対して有害であり、および/または有毒である。ナノマテリアルは、それらのバルクマテリアルと比較して、追加のハザードを有する可能性がある。適切な安全対策と個人用保護具を使用してください。 <ol><li>?...

<ol>
	<li>O'Regan, B., Gr&#228;tzel, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+low-cost,+high-efficiency+solar+cell+based+on+dye-sensitized+colloidal+TiO2+films.">A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films.</a> Nature. 353 (6346), 737-740 (1991).</li><li>Lee, C. H., Chiu, W. H., Lee, K. M., Hsieh, W. F., Wu, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+performance+of+flexible+dye-sensitized+solar+cells+by+introducing+an+interfacial+layer+on+Ti+substrates.">Improved performance of flexible dye-sensitized solar cells by introducing an interfacial layer on Ti substrates.</a> J Mat Chem. 21 (13), 5114-5119 (2011).</li><li>Burschka, J., Pellet, N., 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=Sequential+deposition+as+a+route+to+high-performance+perovskite-sensitized+solar+cells.">Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells.</a> Nature. 499 (7458), 316-319 (2013).</li><li>Ohsaki, Y., Masaki, N., 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=Dye-sensitized+TiO2+nanotube+solar+cells:+fabrication+and+electronic+characterization.">Dye-sensitized TiO2 nanotube solar cells: fabrication and electronic characterization.</a> Phys Chem Chem Phys. 7 (24), 4157-4163 (2005).</li><li>Mor, G. K., Shankar, K., Paulose, M., Varghese, O. K., Grimes, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+Photocleavage+of+Water+Using+Titania+Nanotube+Arrays.">Enhanced Photocleavage of Water Using Titania Nanotube Arrays.</a> Nano Letters. 5 (1), 191-195 (2005).</li><li>Feng, X., Shankar, K., Varghese, O. K., Paulose, M., Latempa, T. J., Grimes, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vertically+Aligned+Single+Crystal+TiO2+Nanowire+Arrays+Grown+Directly+on+Transparent+Conducting+Oxide+Coated+Glass:+Synthesis+Details+and+Applications.">Vertically Aligned Single Crystal TiO2 Nanowire Arrays Grown Directly on Transparent Conducting Oxide Coated Glass: Synthesis Details and Applications.</a> Nano Letters. 8 (11), 3781-3786 (2008).</li><li>Roy, P., Berger, S., Schmuki, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=TiO2+Nanotubes:+Synthesis+and+Applications.">TiO2 Nanotubes: Synthesis and Applications.</a> Angewandte Chemie International Edition. 50 (13), 2904-2939 (2011).</li><li>Macdonald, T. J., Xu, 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=NiO+Nanofibers+as+a+Candidate+for+a+Nanophotocathode.">NiO Nanofibers as a Candidate for a Nanophotocathode.</a> Nanomaterials. 4 (2), 256-266 (2014).</li><li>Chuangchote, S., Sagawa, T., Yoshikawa, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+dye-sensitized+solar+cells+using+electrospun+TiO2+nanofibers+as+a+light+harvesting+layer.">Efficient dye-sensitized solar cells using electrospun TiO2 nanofibers as a light harvesting layer.</a> Appl Phys Lett. 93 (3), 033310 (2008).</li><li>Li, D., Xia, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrospinning+of+Nanofibers:+Reinventing+the+Wheel?.">Electrospinning of Nanofibers: Reinventing the Wheel?.</a> Adv Mat. 16 (14), 1151-1170 (2004).</li><li>Li, W. J., Laurencin, C. T., Caterson, E. J., Tuan, R. S., Ko, F. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrospun+nanofibrous+structure:+A+novel+scaffold+for+tissue+engineering.">Electrospun nanofibrous structure: A novel scaffold for tissue engineering.</a> J Biomed Mat Res. 60 (4), 613-621 (2002).</li><li>Jia, H., Zhu, G., Vugrinovich, B., Kataphinan, W., Reneker, D. H., Wang, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enzyme-Carrying+Polymeric+Nanofibers+Prepared+via+Electrospinning+for+Use+as+Unique+Biocatalysts.">Enzyme-Carrying Polymeric Nanofibers Prepared via Electrospinning for Use as Unique Biocatalysts.</a> Biotechnol Prog. 18 (5), 1027-1032 (2002).</li><li>Mai, L., Xu, L., 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=Electrospun+Ultralong+Hierarchical+Vanadium+Oxide+Nanowires+with+High+Performance+for+Lithium+Ion+Batteries.">Electrospun Ultralong Hierarchical Vanadium Oxide Nanowires with High Performance for Lithium Ion Batteries.</a> Nano Letters. 10 (11), 4750-4755 (2010).</li><li>Cai, J., Niu, H., 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=High-Performance+Supercapacitor+Electrode+Materials+from+Cellulose-Derived+Carbon+Nanofibers.">High-Performance Supercapacitor Electrode Materials from Cellulose-Derived Carbon Nanofibers.</a> ACS Appl Mat Interfaces. 7 (27), 14946-14953 (2015).</li><li>Joshi, P., Zhang, L., 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=Composite+of+TiO2+nanofibers+and+nanoparticles+for+dye-sensitized+solar+cells+with+significantly+improved+efficiency.">Composite of TiO2 nanofibers and nanoparticles for dye-sensitized solar cells with significantly improved efficiency.</a> Energ Environ Sci. 3 (10), 1507-1510 (2010).</li><li>Macdonald, T. J., Tune, D. D., Dewi, M. R., Gibson, C. T., Shapter, J. G., Nann, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+TiO2+Nanofiber-Carbon+Nanotube-Composite+Photoanode+for+Improved+Efficiency+in+Dye-Sensitized+Solar+Cells.">A TiO2 Nanofiber-Carbon Nanotube-Composite Photoanode for Improved Efficiency in Dye-Sensitized Solar Cells.</a> ChemSusChem. 8 (20), 3396-3400 (2015).</li><li>Teo, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electrospinning parameters and fiber control. , (2015).</li></ol>

この研究で提示された方法は、DSSCのような光触媒装置のための効率的なナノファイバー光アノードの製造を記載している。エレクトロスピニングは、ナノファイバーの製造のための非常に汎用性の高い技術であるが、最適な形態を有する材料を得るためには、あるレベルの技術および知識が必要である。良好なナノファイバーを得るための最も重要な側面の1つは、前駆体溶液の調製である?...

色素増感型太陽電池（DSSC）は、低コスト、比較的簡単な製造プロセス、および大規模生産の容易さのおかげで、シリコンベース太陽電池1の興味深い代替物です。もう1つの利点は、シリコンベースの太陽電池2に比べて明確な利点であるフレキシブル基板に組み込まれる可能性です。典型的なDSSCは、（1）光収穫層として色素で増感されたナノ粒子TiO 2光アノード、 （2）対極として使用されるPt被覆FTO、 （3）2つの電極の間に配置され、「正孔伝導媒体」として作用する酸化還元対を含む電解質、例えばI - / I 3- -を含む。 DSSCは15％ 3の効率を上回っているが、ナノ粒子ベースの光アノードの性能は、依然として、遅い電子移動を含む多くの制限によって依然として阻害されているy 4 、低エネルギー光子5の吸収不良、および電荷再結合6 。電子収集効率は、TiO 2ナノ粒子層を通る電子輸送速度に強く依存する。電荷の拡散が遅い場合、電解質溶液中でのI 3 -との再結合の確率が増加し、結果として効率が低下する。 ナノ粒子TiO 2を一次元（1D）TiO 2ナノアーキテクチャに置き換えることにより、相互接続されたTiO 2ナノ粒子7の粒界からの自由電子の散乱を低減することによって、電荷輸送を改善できることが示されている。 1Dナノ構造が電荷収集のためのより直接的な経路を提供するので、ナノファイバー（NF）における電子輸送は、ナノ粒子8よりも著しく速いことが期待され、 </sup&gt; 9 。 エレクトロスピニングは、サブミクロンの直径を有する繊維材料の製造に最も一般的に使用される方法の1つである10 。この技術は、紡糸口金を通してポリマー溶液ジェットの噴出を誘導するために高電圧を使用することを含む。曲げの不安定性のために、このジェットは引き続いて何度も引き伸ばされて連続ナノファイバーを形成する。近年、この技術は、組織工学11 、触媒12 、およびリチウムイオン電池13およびスーパーキャパシタ14の電極材料として、多種多様な用途に使用されてきたポリマーおよび無機材料を製造するために広く使用されている。 光アノード中の散乱層としてのエレクトロスピニングされたTiO 2 -NFの使用は、DSSCの性能を高めることができる。しかしながら、ナノ繊維を有する光アノード私たちのアーキテクチャは、表面積の制限のために色素吸収が乏しい傾向がある。これを克服するための解決策の1つは、NFとナノ粒子を混合することです。これは、追加の散乱層をもたらし、光吸収および全体的な効率を改善することが示されている15 。 このビデオで提示されたプロトコールは、電界紡糸法とゾル - ゲル法との組み合わせ、次いで焼成工程を経ることにより、超長時間TiOナノファイバーを合成する簡単な方法を提供する。このプロトコルは、ドクターブレーディング技術を用いて光散乱能を高めた二重層光アノードを製造するためのナノ粒子TiO 2と組み合わせたTiO 2 -NFの使用、およびこのようなフォトアノード。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="689">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">titanium(IV) n-butoxide</td>
			<td style="width:149px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:127px;">244112</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Polyvinylpyrrolidone</td>
			<td style="width:149px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:127px;">437190</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">glacial acetic acid</td>
			<td style="width:149px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:127px;">A6283</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Ethanol, absolute</td>
			<td style="width:149px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:127px;">E/0650DF/17</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">20 mL Sample vials</td>
			<td style="width:149px;">(any)</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td>(or larger volume)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">disposable 21G needle</td>
			<td style="width:149px;">(any)</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">P150 grit sandpaper</td>
			<td style="width:149px;">(any)</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">disposable 10mL syringe</td>
			<td style="width:149px;">(any)</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td>(or larger volume)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">magnetic stirrer + stirring bar</td>
			<td style="width:149px;">(any)</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">PHD 2000 syringe pump</td>
			<td style="width:149px;">Harvard Apparatus</td>
			<td style="width:127px;">71-2002</td>
			<td>(or any other syringe pump capable of outputting a 1mL/hr flow</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Aluminium foil</td>
			<td style="width:149px;">(any)</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Stainless steel collector plate</td>
			<td style="width:149px;">(custom built)</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:247px;">High Voltage Power Source</td>
			<td style="width:149px;">Gamma High Voltage Research, Inc</td>
			<td style="width:127px;">ES30P-10W</td>
			<td>(or any other power supply capable of outputting +15 kV</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Polycarbonate protective shield</td>
			<td style="width:149px;">(custom built)</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Ceramic crucible</td>
			<td style="width:149px;">(any)</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Muffle furnace</td>
			<td style="width:149px;">(any)</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Titanium dioxide, nanopowder</td>
			<td style="width:149px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:127px;">718467</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">50 mL 1-neck round bottom flasks</td>
			<td style="width:149px;">(any)</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">bath sonicator</td>
			<td style="width:149px;">(any)</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Terpineol</td>
			<td style="width:149px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Rotary evaporator</td>
			<td style="width:149px;">(any)</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">FTO glass</td>
			<td style="width:149px;">Solaronix</td>
			<td>TCO30-10/LI</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Adhesive tape</td>
			<td style="width:149px;">(any)</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">razor blade</td>
			<td style="width:149px;">(any)</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">SEM</td>
			<td style="width:149px;">JEOL</td>
			<td style="width:127px;">6500F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">XRD</td>
			<td style="width:149px;">PANalytical&#160;</td>
			<td style="width:127px;">X&#39;pert Pro</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Titanium Tetrachloride</td>
			<td style="width:149px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:127px;">89545</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Ruthenizer&#160; 535-bisTBA</td>
			<td style="width:149px;">Solaronix</td>
			<td style="width:127px;">N719</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">sealing film</td>
			<td style="width:149px;">Dyesol</td>
			<td>Meltonix 1170-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Pt-coated FTO</td>
			<td style="width:149px;">Solaronix</td>
			<td>TCO30-10/LI</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1-propyl-3-methylimidazolium iodide</td>
			<td style="width:149px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:127px;">49637</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Iodine</td>
			<td style="width:149px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:127px;">207772</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">benzimidazole</td>
			<td style="width:149px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:127px;">194123</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">3-Methoxypropionitrile</td>
			<td style="width:149px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:127px;">65290</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Digital source meter</td>
			<td style="width:149px;">Keithley</td>
			<td align="right" style="width:127px;">2400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Solar Simulator</td>
			<td style="width:149px;">Abet technologies</td>
			<td align="right" style="width:127px;">10500</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

electrospinning of photocatalytic electrodes for dye-sensitized solar cells

この研究は、商業的に入手可能な二酸化チタンからなるブロッキング層の上にエレクトロスピニングされた二酸化チタンナノファイバー（TiO 2 -NF）からなる光散乱層からなる、色素増感太陽電池のための繊維ベースの光アノードを製造するためのプロトコールを実証しているナノ粒子（TiO 2 -NP）。これは、エタノール中のチタン（IV）ブトキシド、ポリビニルピロリドン（PVP）、および氷酢酸の溶液を最初にエレクトロスピニングして、複合PVP / TiO 2ナノファイバーを得ることによって達成される。これらを500℃で焼成してPVPを除去し、純粋なアナターゼ相チタニアナノファイバーを得る。この材料は、走査型電子顕微鏡（SEM）および粉末X線回折（XRD）を用いて特徴付けられる。フォトアノードは、先ずドクターブレーディング技術を用いてフッ素ドープ酸化スズ（FTO）ガラススライド上にTiO 2 -NP /テルピネオールスラリーを堆積させることによってブロッキング層を作成することによって調製される。その後の熱処理500℃で行う。次いで、光散乱層は、同じ技術を用いて同じスライド上にTiO 2 -NF 3 /テルピネオールスラリーを堆積させ、500℃で再び焼成することによって形成される。光陽極の性能は、色素増感太陽電池を製造し、0.25-1日の入射光密度の範囲でJV曲線を介してその効率を測定することによって試験される。

SEM、X線光電子分光法（XPS）、およびXRDを用いて、TiO 2ナノファイバーを特徴付けた。光アノードのナノ構造をSEMを用いて特徴付けた。組み立てられたDSSCの性能は、ソーラーシミュレーターおよびソース測定ユニットを用いて試験された。 図1AのSEM画像は、このプロトコルを使用して合成さ?...

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Electrospinning of Photocatalytic Electrodes for Dye-sensitized Solar Cells

このプロジェクトの全体的な目標は、色素増感型太陽電池の性能を改善したフォトアノードを製造するためにエレクトロスピニングを使用することでした。

色素増感太陽電池用光触媒電極のエレクトロスピニング

This work demonstrates a protocol to fabricate a fiber-based photoanode for dye-sensitized solar cells, consisting of a light-scattering layer made of ...

Research

JoVE Journal

Engineering

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One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To ...

Integrating a Triplet-triplet Annihilation Up-conversion System to Enhance Dye-sensitized Solar Cell Response to Sub-bandgap Light

サブバンドギャップ光に色素増感型太陽電池の応答を増強する三重項 - 三重消滅アップコンバージョンシステムの統合

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Morphology Control for Fully Printable OrganicÃƒÆ’Ã‚Â¢ÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã…â€œInorganic Bulk-heterojunction Solar Cells Based on a Ti-alkoxide and Semiconducting Polymer

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