Name: experimental methods for efficient solar hydrogen production in microgravity environment
Uploaded: 2019-12-03T12:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Experimental Methods for Efficient Solar Hydrogen Production in Microgravity Environment at JoVE.com

K.B. تعترف بالتمويل من برنامج الزمالات للاكاديميه الوطنية المانيه للعلوم Leopoldina ، ومنحه LPDS 2016-06 ووكالة الفضاء الاوروبيه. وفضلا عن ذلك ، تود ان تشكر الدكتور ليوبولد سمرر ، فريق المفاهيم المتقدمة ، والآن داوسون ، والدكتور جاك فان لون ، والدكتور غابور ميلاسين ، والدكتور روبرت ليندنر (ESTEC) ، وروبرت-يان نوررام (Notese) ، والبروفيسور هاري ب. غراي (Caltech) علي دعمهم الكبير. M.H.R. ممتنة للدعم السخي من البروفيسور ناثان س. لويس (كالتيك). K.B. و M.H.R. الدعم من معهد بيكمان لمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومركز أبحاث المواد الجزيئية. ويعترف فريق Photoechem بشكل كبير بالتمويل المقدم من المركز ألماني للفضاء الجوي (e.V.) للمشروع رقم 50WM1848. وعلاوة علي ذلك ، تعترف M.G. بالتمويل من برنامج فريق قوانغدونغ المبتكر والريادي بعنوان "المواد النانويه البلازمية والنقاط الكمية لأداره الضوء في الاجهزه الكتروضوئيه" (رقم 2016ZT06C517). وعلاوة علي ذلك ، فان فريق المؤلف يعترف كثيرا بالجهد والدعم المقدمين من فريق ZARM مع ديتر بيشاوف ، وتورستن لوتس ، وماتياس ماير ، وفريد اوتكين ، ويان سيمرز ، والدكتور مارتن كاستيلو ، وماغدالينا ثيود ، والدكتور ثوربن كونيمان. وهي ممتنة أيضا للمناقشات المستنيرة مع البروفيسور ياسوهيرو فوكوناكا (جامعه واسيدا) ، والبروفيسور هيسايوشي ماتسوشيما (جامعه هوكايدو) ، والدكتور سلوبودان ميتروفيتش (لام للبحوث).

1-اعداد الأقطاب الضوئية من الرتبة ف-InP
<ol><li>استخدام واحد الكريستال p-InP (التوجه (111 A) ، الزنك تركيز المنشطات من 5 × 1017 سم-3) كما الضوئية. لاعداد الاتصال الخلفي ، تتبخر 4 نانومتر الاتحاد الافريقي ، 80 nm الزنك و 150 nm الاتحاد الافريقي علي المؤخر من رقاقه وتسخينه إلى 400 درجه مئوية ل 60 s.</li>
	<li>...

<ol>
	<li>May, M. M., Lewerenz, H. -. J., Lackner, D., Dimroth, F., Hannappel, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+Direct+Solar-to-Hydrogen+Conversion+by+In-Situ+Interface+Transformation+of+a+Tandem+Structure.">Efficient Direct Solar-to-Hydrogen Conversion by In-Situ Interface Transformation of a Tandem Structure.</a> Nature Communications. 6, 8286 (2015).</li><li>Young, J. L., Steiner, M. A., D&#246;scher, H., France, R. M., Turner, J. A., Deutsch, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+Solar-to-Hydrogen+Conversion+via+Inverted+Metamorphic+Multi-Junction+Semiconductor+Architectures.">Direct Solar-to-Hydrogen Conversion via Inverted Metamorphic Multi-Junction Semiconductor Architectures.</a> Nature Energy. 2, 17028-17036 (2017).</li><li>Cheng, W. H., Richter, M. H., May, M. M., Ohlmann, J., Lackner, D., Dimroth, F., 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=Monolithic+Photoelectrochemical+Device+for+19%+Direct+Water+Splitting.">Monolithic Photoelectrochemical Device for 19% Direct Water Splitting.</a> ACS Energy Letters. 3, 1795-1800 (2018).</li><li>Lewerenz, H. -. J., Heine, C., Skorupska, K., Szabo, N., Hannappel, T., Vo-Dinh, T., Campbell, S. H., Klemm, H. W., Munoz, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoelectrocatalysis:+Principles,+Nanoemitter+Applications+and+Routes+to+Bio-inspired+Systems.">Photoelectrocatalysis: Principles, Nanoemitter Applications and Routes to Bio-inspired Systems.</a> Energy &amp; Environmental Science. 3, 748-761 (2010).</li><li>Raatschen, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Potential+and+Benefits+of+Closed+Loop+ECLS+Systems+in+the+ISS.">Potential and Benefits of Closed Loop ECLS Systems in the ISS.</a> Acta Astronautica. 48 (5-12), 411-419 (2001).</li><li>Brinkert, K., Richter, M., Akay, &. #. 2. 1. 4. ;., Liedtke, J., Gierisig, M., Fountaine, K. T., 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=Efficient+Solar+Hydrogen+Production+in+Microgravity+Environment.">Efficient Solar Hydrogen Production in Microgravity Environment.</a> Nature Communications. 9, 2527 (2018).</li><li>Heller, A., Vadimsky, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+solar+to+chemical+conversion:+12+%+efficient+photoassisted+electrolysis+in+the+p-type+InP(Ru)]/HCl-KCl/Pt(Rh)+cell.">Efficient solar to chemical conversion: 12 % efficient photoassisted electrolysis in the p-type InP(Ru)]/HCl-KCl/Pt(Rh) cell.</a> Physical Review Letters. 46, 1153-1155 (1981).</li><li>Mu&#241;oz, A. G., Heine, C., Lublow, M., Klemm, H. W., Szab&#243;, N., Hannappel, T., 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=Photoelectrochemical+conditioning+of+MOVPE+p-InP+films+for+light-induced+hydrogen+evolution:+chemical,+electronic+and+optical+properties.">Photoelectrochemical conditioning of MOVPE p-InP films for light-induced hydrogen evolution: chemical, electronic and optical properties.</a> ECS Journal of Solid State Science and Technology. 2, Q51-Q58 (2013).</li><li>Sakurai, M., Sone, Y., Nishida, T., Matsushima, H., Fukunaka, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fundamental+Study+of+Water+Electrolysis+for+Life+Support+System+in+Space.">Fundamental Study of Water Electrolysis for Life Support System in Space.</a> Electrochimica Acta. 100, 350-357 (2013).</li><li>Sakuma, G., Fukunaka, Y., Matsushima, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nucleation+and+Growth+of+Electrolytic+Gas+Bubbles+under+Microgravity.">Nucleation and Growth of Electrolytic Gas Bubbles under Microgravity.</a> International Journal of Hydrogen Energy. 39 (2014), 7638-7645 (2014).</li><li>Patoka, P., Giersig, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-Assembly+of+Latex+Particles+for+the+Creation+of+Nanostructures+with+Tunable+Plasmonic+Properties.">Self-Assembly of Latex Particles for the Creation of Nanostructures with Tunable Plasmonic Properties.</a> Journal of Materials Chemistry. 21, 16783-16796 (2011).</li><li>Jensen, T. R., Malinsky, M. D., Haynes, C. L., Van Duyne, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanosphere+Lithography:+Tunable+Localized+Surface+Plasmon+Resonance+Spectra+of+Silver.">Nanosphere Lithography: Tunable Localized Surface Plasmon Resonance Spectra of Silver.</a> Journal of Physical Chemistry B. 104, 10549-10556 (2000).</li><li>Selig, H., Dittus, H., L&#228;mmerzahl, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drop+Tower+Microgravity+Improvement+Towards+the+Nano-g+Level+for+the+Microscope+Payload+Tests.">Drop Tower Microgravity Improvement Towards the Nano-g Level for the Microscope Payload Tests.</a> Microgravity Science and Technology. 22, 539-549 (2010).</li><li>Lewerenz, H. J., Schulte, K. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+Photoelectrochemical+Conditioning+and+Surface+Analysis+of+InP+Photocathodes:+II.+Photoelectron+Spectroscopy.">Combined Photoelectrochemical Conditioning and Surface Analysis of InP Photocathodes: II. Photoelectron Spectroscopy.</a> Electrochimica Acta. 47 (16), 2639-2651 (2002).</li><li>Schulte, K. H., Lewerenz, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+Photoelectrochemical+Conditioning+and+Surface+Analysis+of+InP+Photocathodes.+I.+The+Modification+Procedure.">Combined Photoelectrochemical Conditioning and Surface Analysis of InP Photocathodes. I. The Modification Procedure.</a> Electrochimica Acta. 47 (16), 2633-2638 (2002).</li><li>Subramanian, R. S., Balasubramaniam, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Motion of Bubbles and Drops in Reduced Gravity. , (2001).</li><li>Matsushima, H., Kiuchi, D., Fukunaka, H., Kuribayashi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+Bubble+Growth+During+Water+Electrolysis+under+Microgravity.">Single Bubble Growth During Water Electrolysis under Microgravity.</a> Electrochemistry Communications. 11, 1721-1723 (2009).</li><li>Kiuchi, D., Matsushima, H., Fukunaka, Y., Kuribayashi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ohmic+Resistance+Measurement+of+Bubble+Froth+Layer+in+Water+Electrolysis+under+Microgravity.">Ohmic Resistance Measurement of Bubble Froth Layer in Water Electrolysis under Microgravity.</a> Journal of the Electrochemical Society. 153 (8), 138-143 (2006).</li><li>Matsushima, H., Nishida, T., Konishi, Y., Fukunaka, Y., Ito, Y., Kuribayashi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Water+Electrolysis+under+Microgravity+Part+1.+Experimental+Technique.">Water Electrolysis under Microgravity Part 1. Experimental Technique.</a> Electrochimica Acta. 48, 4119-4125 (2003).</li><li>Lao, L., Ramshaw, C., Yeung, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Process+Intensification:+Water+Electrolysis+in+a+Centrifugal+Acceleration+Field.">Process Intensification: Water Electrolysis in a Centrifugal Acceleration Field.</a> Journal of Applied Electrochemistry. 41, 645-656 (2011).</li><li>Kaneko, H., Tanaka, K., Iwasaki, A., Abe, Y., Negishi, A., Water, K. a. m. i. m. o. t. o. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Water+Electrolysis+under+Microgravity+Condition+by+Parabolic+flight.">Water Electrolysis under Microgravity Condition by Parabolic flight.</a> Electrochimica Acta. 38, 729-733 (1993).</li><li>Iwasaki, A., Kaneko, H., Abe, Y., Kamimoto, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+Electrochemical+Hydrogen+Evolution+under+Microgravity+Conditions.">Investigation of Electrochemical Hydrogen Evolution under Microgravity Conditions.</a> Electrochimica Acta. 43, 509-514 (1998).</li><li>Lee, H. M., Takei, K., Zhang, J., Kapadia, R., Zheng, M., Chen, Y. -. Z., Nah, J., Matthews, T. S., Chueh, Y. -. L., Ager, J. -. W., Javey, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=p&#8208;Type+InP+Nanopillar+Photocathodes+for+Efficient+Solar&#8208;Driven+Hydrogen+Production.">p&#8208;Type InP Nanopillar Photocathodes for Efficient Solar&#8208;Driven Hydrogen Production.</a> Angewandte Chemie International Edition. 51 (43), 10760-10764 (2012).</li></ol>

لاعداد الضوئية ، من المهم تقليل التعرض للأكسجين بين النقش وتكييف الاجراء وتطهير 0.5 M HCl قبل الاستخدام لحوالي 10-15 دقيقه مع النيتروجين. وبمجرد ان تكون العينات مشروطه ، يمكن تخزينها تحت جو النيتروجين في 15 مل أنابيب مخروطيه لبضع ساعات للسماح النقل عينه و/أو وقت اعداد أقنعه الجسيمات البوليسترين....

يتم تشكيل الغلاف الجوي لدينا علي الأرض من خلال التمثيل الضوئي الأوكسجين ، وهي عمليه منذ 2,300,000,000 عاما تحويل الطاقة الشمسية إلى الهيدروكربونات الغنية بالطاقة ، والإفراج عن الأكسجين كمنتج ثانوي واستخدام المياه و CO2 كركائز. حاليا ، يتم تحقيق أنظمه الضوئية الاصطناعية بعد مفهوم الحيوية Z-مخطط الحفز ونقل الشحنة في التمثيل الضوئي الطبيعي في أنظمه أشباه الموصلات-الكتروحفاز ، والتي تبين حتى الآن كفاءه تحويل الطاقة الشمسية إلى الهيدروجين من 19 ٪1،2،3. وفي هذه النظم ، تستخدم مواد أشباه الموصلات كممتصات خفيفه مغلفه بطبقه رقيقه وشفافة من العوامل الحفازه الكهربائية4. ويتعزز البحث المكثف في هذا المجال من خلال السعي العالمي لنظم الطاقة المتجددة مع الهيدروجين والهيدروكربونات طويلة السلسلة مما يجعل المرشحين ممتازة لإمدادات الوقود البديلة. وتواجه أيضا عقبات مماثله في البعثات الفضائية الطويلة الأجل ، حيث لا يمكن أعاده تموين الموارد من الأرض. وهناك حاجه إلى معدات يعول عليها لدعم الحياة ، باستخدام وحده فعاله لتنشيط الهواء توفر حوالي 310 كيلوغرام من الأكسجين لكل فرد من افراد الطاقم سنويا ، وليس لحساب الانشطه النشاط خارجه5. 
مسبوق, حققنا كفاءه إنتاج الطاقة الشمسية والهيدروجين في بيئة الجاذبية الصغرى, المقدمة من 9.3 s خلال السقوط الحر في برج إسقاط بريمن (ZARM, ألمانيا)6. باستخدام p-نوع اندييوم فوسفيد كامتصاص الضوء موصل7,8 المغلفة مع الكهربائية الروديوم بالنانو الهيكلية, تغلبنا علي الركيزة والمنتج القيود نقل الشامل من والي السطح الضوئي, وهو عقبه في بيئات الجاذبية المنخفضة نظرا لغياب الطفو9,10. وقد سمح تطبيق التصوير الحجري للغلاف الأرضي بالظلال11و12 مباشره علي سطح القطب الضوئي بتشكيل "البقع الساخنة" المحفزة للالروديوم ، والتي حالت دون التحام فقاعه غاز الهيدروجين وتشكيل طبقه الزبد بالقرب من سطح القطب.
هنا ، ونحن نقدم تفاصيل التجريبية من الاعداد الضوئية ف-InP بما في ذلك النقش علي السطح وتكييف ، تليها تطبيق الطباعة الحجرية الظل النانو علي سطح القطب الكهربائي والضوئية من الروديوم جسيمات نانويه من خلال مجالات البوليسترين. وعلاوة علي ذلك ، يتم وصف الاعداد التجريبي في كبسوله قطره في برج إسقاط بريمن ويتم توفير تفاصيل تسلسل التجريبية خلال 9.3 s من السقوط الحر. يتم تحديد القسط العينة والمناولة قبل وبعد كل قطره ، فضلا عن اعداد كبسوله قطره ومعداتها لتشغيل مصادر الاضاءه ، والتحفيز ، والضوابط مصراع وكاميرات الفيديو علي الأمر.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>12.7 mm XZ Dovetail Translation Stage with Baseplate, M4 Taps (4 x)</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>DT12XZ/M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Beam splitters (2 x)</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>CM1-BS013</td>
			<td>50:50 400-700nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Beamsplitters (2 x)</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>CM1-BS014</td>
			<td>50:50 700-1100nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ohmic back contact: 4 nm Au, 80 nm Zn, 150 nm Au</td>
			<td>Out e.V., Berlin, Germany</td>
			<td>https://www.out-ev.de/english/index.html</td>
			<td>Company provides custom made ohmic back contacts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass tube, ca. 10 cm, inner diameter about 4 mm</td>
			<td>E.g., Ga&#223;ner Glasstechnik</td>
			<td></td>
			<td>Custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>p-InP wafers, orientation 111A, Zn doping concentration: 5 x 10^17 cm^-3</td>
			<td>AXT Inc. Geo Semiconductor Ltd. Switzerland</td>
			<td></td>
			<td>Custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photoelectrochemical cell for terrestrial experiments</td>
			<td>E.g., glass/ materials workshop</td>
			<td></td>
			<td>Custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matrox 4Sight GPm (board computer)</td>
			<td>Matrox imaging</td>
			<td></td>
			<td>Ivy Bridge, 7 x Cable Ace power I/O HRS 6p, open 10m, Power Adapter for Matrox 4sight GPm, Samsung 850 Pro 2,5&#34; 1 TB, Solid State Drive in exchange for the 250Gb hard drive</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-propanol</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>I9516-500ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>35mm Kowa LM35HC 1&#34; Sensor F1.4 C-mount (2 x)</td>
			<td>Basler AG</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>650501-1L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ag/AgCl (3 M KCl) reference electrode</td>
			<td>WPI</td>
			<td>DRIREF-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminium breadboard, 450 mm x 450 mm x 12.7mm, M6 Taps (2 x)</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>MB4545/M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Beaker, 100 mL</td>
			<td>VWR</td>
			<td>10754-948</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Black epoxy</td>
			<td>Electrolube</td>
			<td>ER2162</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bromine</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>1.01945 EMD Millipore</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Colour camera (2 x)</td>
			<td>Basler AG</td>
			<td>acA2040-25gc</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Conductive silver epoxy</td>
			<td>MG Chemicals</td>
			<td>8331-14G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copper wire</td>
			<td>E.g., Sigma Aldrich</td>
			<td>349224-150CM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>459844-500ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Falcon tubes, 15 mL</td>
			<td>VWR</td>
			<td>62406-200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glove bags</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>Z530212</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrochloric acid (1 M)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>H9892</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic stirrer</td>
			<td>VWR</td>
			<td>97042-626</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>34860-100ML-R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope slides</td>
			<td>VWR</td>
			<td>82003-414</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MilliQ water</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NIR camera (2 x)</td>
			<td>Basler AG</td>
			<td>acA1300-60gm</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrogen, grade 5N</td>
			<td>Airgas</td>
			<td>NI UHP300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#216; 1&#34; Stackable Lens Tubes (6 x)</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>SM1L03</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>O2 Plasma Facility</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OEM Flange to SM Thread Adapters (4 x)</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>SM1F2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parafilm</td>
			<td>VWR</td>
			<td>52858-000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pasteur pipette</td>
			<td>VWR</td>
			<td>14672-380</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Perchloric acid (1 M)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>311421-50ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri dish</td>
			<td>VWR</td>
			<td>75845-546</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photoelectrochemical cell for microgravity experiments</td>
			<td>E.g., glass/ materials workshop</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polystyrene particles, 784 nm, 5 % (w/v)</td>
			<td>Microparticles GmbH</td>
			<td>0.1-0.99 &#181;m size (50 mg/ml): 10 ml, 15 ml, 50 ml</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potentiostats (2 x)</td>
			<td>Biologic</td>
			<td>SP-200/300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pt counter electrode</td>
			<td>ALS-Japan</td>
			<td>12961</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rhodium (III) chlorid</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>520772-1G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shutter control system (2 x)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon reference photodiode</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>FDS1010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium chlorid</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>567440-500GM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stands and rods to fix the cameras</td>
			<td>VWR</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulphuric acid (0.5 M)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>339741-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Telecentric High Resolution Type WD110 series Type MML1-HR110</td>
			<td>Basler AG</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Toluene</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>244511-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Various spare beakers and containers for leftover perchloric acid etc for the drop tower</td>
			<td>VWR</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>W-I lamp with light guides (2 x)</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>Dolan-Jenner MI-150 Fiber Optic Illuminator</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CM-12 electron microscope with a twin objective lens, CCD camera (Gatan) system and an energy dispersive spectroscopy of X- rays (EDS) system)</td>
			<td>Philips</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimension Icon AFM, rotated symmetric ScanAsyst-Air tips (silicon nitride), nominal tip radius of 2 nm</td>
			<td>Bruker</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

experimental methods for efficient solar hydrogen production in microgravity environment

وتتطلب الرحلات الفضائية الطويلة الأجل ومنصات البحوث الخاصة برابطه الدول المستقلة جهازا مستداما وخفيفا لدعم الحياة يمكن استخدامه بشكل موثوق خارج الغلاف الجوي للأرض. ما يسمي أجهزه "الوقود الشمسي" ، التي وضعت حاليا للتطبيقات الارضيه في السعي لتحقيق اقتصاد الطاقة المستدامة علي الأرض ، وتوفير نظم بديله واعده لوحدات تنشيط الهواء القائمة المستخدمة في الفضاء الدولي محطه (ISS) من خلال الضوئية الكهروكيميائية تقسيم المياه وإنتاج الهيدروجين. عقبه واحده للمياه (الصورة-) التحليل الكهربائي في بيئات الجاذبية المنخفضة هو غياب الطفو وما يترتب علي ذلك ، أعاق إطلاق فقاعه الغاز من سطح القطب. وهذا يؤدي إلى تشكيل طبقات فقاعه زبد الغاز في القرب من سطح القطب ، مما يؤدي إلى زيادة في المقاومة اوميه وفقدان كفاءه الخلية بسبب انخفاض النقل الجماعي للركائز والمنتجات من والي القطب. وفي الاونه الاخيره ، أثبتنا إنتاج الهيدروجين الفعال بالطاقة الشمسية في بيئة الجاذبية الصغريه ، وذلك باستخدام نظام متكامل لأشباه الموصلات الكهربائية مع فوسفيد من النوع p باعتباره ممتصا للضوء ومحفزا كهربيا من الروديوم. عن طريق النانو الكهربائية باستخدام التصوير الحجري الظل نانو الغلاف التالي خلق "البقع الساخنة" الحفاز علي سطح القطب الضوئي ، ونحن يمكن التغلب علي الغاز فقاعه التحام والقيود نقل الجماعي وأظهرت كفاءه الهيدروجين الإنتاج في كثافة الحالية عاليه في انخفاض الجاذبية. هنا ، يتم وصف التفاصيل التجريبية للتحضير لهذه الاجهزه النانويه وابعد من ذلك ، والاجراء لاختبارها في بيئة الجاذبية الصغرى ، التي تحققت في برج إسقاط بريمن خلال 9.3 s من السقوط الحر.

النقش علي سطح p-inp في Br2/الميثانول لمده 30 ثانيه مع تكييف الضوئية علي التوالي من العينة عن طريق الاستقطاب الدراجات في HCl هو راسخ في الأدب وناقش (علي سبيل المثال ، من قبل شولتي & lewerenz (2001)14،15). اجراء النقش يزيل أكسيد الأصلي المتبقية علي السط?...

Watch this Scientific Journal Video about Experimental Methods for Efficient Solar Hydrogen Production in Microgravity Environment at JoVE.com

Experimental Methods for Efficient Solar Hydrogen Production in Microgravity Environment

وقد تحقق في الاونه الاخيره إنتاج الطاقة الشمسية والهيدروجينية بكفاءة في النظم الميكانيكية لأشباه الموصلات-الكهربائية في نصف الخلية الكهروكيميائية في بيئة الجاذبية الصغريه في برج إسقاط بريمن. هنا ، نقوم بالإبلاغ عن الإجراءات التجريبية لتصنيع جهاز أشباه الموصلات الكهربي ، تفاصيل الاعداد التجريبي في كبسوله الإسقاط والتسلسل التجريبي اثناء السقوط الحر.

الأساليب التجريبية لإنتاج الهيدروجين الفعال بالطاقة الشمسية في بيئة الجاذبية الصغريه

Long-term space flights and cis-lunar research platforms require a sustainable and light life-support hardware which can be reliably employed outside the ...

يتضمن هذا البروتوكول إجراءً تدريجيًا لكيفية إنشاء الميكتلات الضوئية ذات البنية النانوية لإنتاج الهيدروجين بكفاءة بمساعدة الضوء في بيئات الجاذبية الصغرى. كما يتضمن إجراء اختبار القطب لكيفية اختبار هذه الأقطاب الضوئية في برج قطرة بريمن حيث يمكن توليد 10 إلى ناقص ستة ز في 9.2 ثانية من السقوط الحر. ويلاحظ من قبلنا وفرق البحث الأخرى أن فقاعات الغاز التي تولدها الكهروكيميائية تلتصق بسطح القطب في ظروف الجاذبية الصغرى بسبب عدم وجود طفو.يحفز يولد النقاط الساخنة الحفازة التي تحسن مفرزة فقاعات الغاز والكفاءة الشاملة. سيتم إثبات الإجراءات من قبل عمر أكاي، وهو طالب دراسات عليا في مختبرنا في FU برلين. للبدء، تطبيق معجون الفضة لإرفاق الاتصال OMEC إلى سلك نحاسي مطلي رقيقة.خيط السلك إلى أنبوب زجاجي واستخدم الايبوكسي الأسود المقاوم للمواد الكيميائية لتغليف عينة فوسفيد إنديوم من نوع P وختمه على الأنبوب الزجاجي. تحت غطاء الدخان، ضع وجه الإنديوم المصقول 0.5 سنتيمتر مربع من فوسفيد إنديوم من نوع P في 10 ملليلتر من محلول البروم/الميثانول لمدة 30 ثانية إلى الحفر لإزالة الأكاسيد الأصلية. ثم شطف السطح مع الإيثانول والمياه فائقة الpure لمدة 10 ثوان لكل من هذه الثواني وتجفيف العينة تحت تدفق النيتروجين.استخدام خلية زجاجية البورسليكات مع نافذة الكوارتز كخلية الكهروكيميائية الضوئية ووضع القطب فوسفيد إنديوم من نوع P في الخلية في ترتيب قوي قوي قياسي من ثلاثة إلترود. استخدم مصباح الهالوجين التنغستن الخفيف لإلقاء الضوء على العينة أثناء إجراء التكييف. ضبط شدة الضوء مع الصمام الضوئي مرجع السيليكون معايرة.بعد تطهير حمض الهيدروكلوريك مع النيتروجين، حالة photoelectrochemically العينة مع الدراجات القوية في معدل مسح 50 ملليفولت في الثانية لمدة 50 دورة تحت الإضاءة المستمرة. في هذا الإجراء، يتم تطبيق الطباعة الحجرية نانوسفير الظل لتشكيل الروديوم نانوتستروات على القطب فوسفيد إنديوم من نوع ف. الحصول على خليط جاهز من 300 ميكرولترات من 784 نانومتر حبات البوليسترين و 300 ميكرولتر من الإيثانول التي تحتوي على حجم واحد في المئة من حجم الستيرين و 0.1٪ حامض الكبريتيك.استخدم ماصة باستور مع طرف منحني لتطبيق الحل على سطح الماء. بدوره طبق بيتري بلطف لزيادة مساحة هياكل أحادية البلورات. قم بتوزيع المحلّل بعناية لتغطية 50٪ من واجهة الهواء والماء مع طبقة أحادية مُعبأة سداسية.حماية السلك النحاسي من ال أقطاب فوسفيد فوسفيد من نوع P مكيفة ضوئيًا مع البارا فيلم. الشريط بعناية لهم شريحة المجهر ووضع الأقطاب الكهربائية تحت العائمة إغلاق قناع الكرة البوليسترين معبأة. منع العينات من الدوران.بعد ذلك، استخدم ماصة لإزالة المياه المتبقية بلطف وانتظر حتى يجف. وهذا يؤدي إلى أن يتم ترسب القناع لاحقاً على سطح القطب. ثم تأخذ القطب من طبق بيتري وتجفيف بلطف السطح مع النيتروجين.تخزين القطب تحت النيتروجين في مجفف. لإيداع جسيمات نانوية الروديوم، ضع القطب في محلول المنحل بالكهرباء يحتوي على كلوريد الروديوم وكلوريد الصوديوم والأيزوبروبانول. مع قويوستات، وتطبيق إمكانات ثابتة من 0.01 فولت لمدة خمس ثوان تحت الإضاءة المتزامنة مع مصباح اليود التنغستن.ثم شطف photoelectrode مع الماء فائقة السخاء وتجفيفه تحت تدفق لطيف من النيتروجين. لإزالة كرة البوليسترين من سطح القطب، ضع الأقطاب الكهربائية في منبر مع 10 ملليلتر من التولونية وحرك بلطف لمدة 20 دقيقة. في وقت لاحق، شطف القطب مع الأسيتون والإيثانول لمدة 20 ثانية لكل من.بالنسبة إلى تحقيقات فقاعة الغاز، قم بإرفاق كاميراتين لكل خلية ضوئية هيدروجينية لتسجيل تطور فقاعة الغاز عبر المرايا البصرية ومقسمات الشعاع. قم بتركيب الإعداد الضوئي والكاميرات على لوحة بصرية واربطها بإحدى اللوحات الوسطى للكبسولة. استخدام لوحات المتبقية لتقسيط معدات إضافية مثل potentiostats وضوابط مصراع الكاميرا، ومصادر الضوء والكمبيوتر المجلس.إرفاق إمدادات البطارية في المجلس السفلي من كبسولة لتشغيل الإعداد أثناء السقوط الحر. كتابة تسلسل إسقاط الآلي للخطوات التجريبية التي يتعين السيطرة عليها وتنفيذها في بيئة الجاذبية الصغرى. الحفاظ على التجربة في السقوط الحر وكذلك الانتعاش كبسولة لمدة 45 دقيقة بعد الانخفاض.وللتقصي في إنتاج الهيدروجين بمساعدة الضوء على العينات، قم بإجراء قياس فولتموميري دوري وقياسات الكربونamperome. في تجارب قياس الدراجات، قم بإعداد معدلات المسح الضوئي لـ 218 ملليفولت في الثانية الواحدة من أجل الدقة المثلى في قياسات الجهد الكهربائي التي يتم التقاطها في التيار الضوئي. استخدام نطاقات الجهد من 0.25 فولت إلى 0.3 فولت سالب مقابل القطب المرجعي كلوريد الفضة والفضة.استخدام الإمكانات الأولية في 0.2 فولت verus القطب المرجعي كلوريد الفضة الفضة والكلوريد المحتملة في الانتهاء 0.2 فولت مقابل الفضة والفضة كلوريد القطب المرجعي. في القياس خرونوموميمتر، استخدم مقياس الوقت للبيئة الجاذبية الصغرى التي تم إنشاؤها 9.3 ثانية لتسجيل التيار الضوئي الذي تنتجه العينة. تطبيق نطاقات محتملة من السلبية 0.3 فولت إلى السلبية 0.6 فولت مقابل الفضة والفضة كلوريد المرجعية electrode لمقارنة الضوئية المنتجة.تشغيل ثلاث دورات المسح الضوئي. لمقارنة قياسات الجهد الضوئي المسجلة، خذ دورة المسح الثانية لكل تجربة للتحليل. بعد استرجاع الكبسولة من حاوية التباطؤ، قم بإزالة درع الحماية من الكبسولة.إزالة العينات من stative الهوائية، شطف لهم بالماء فائقة الpure وتجفيفها تحت تدفق النيتروجين لطيف. تخزينها تحت الغلاف الجوي النيتروجين حتى يتم إجراء التحقيقات البصرية والمطية. التنصت على وضع المجهرية القوة الذرية من سطح فوسفيد إنديوم P-type قبل التعديل، وبعد النقش في محلول البروم /الميثانول، وبعد الدراجات الكهروكيميائية في حمض الهيدروكلوريك تظهر إجراء النقش يزيل أكسيد الأصلي المتبقي على السطح.الدراجات الكهروكيميائية في حمض الهيدروكلوريك يسبب زيادة كبيرة في عامل التعبئة من أداء الخلية يرافقه تحول الفرقة شقة من فوسفيد إنديوم من نوع P من 0.56 فولت إلى 0.69 فولت. يتم عرض الطبقات الأحادية لجسيمات البوليسترين المترسبة على الركيزة فوسفيد الإنديوم من نوع P والسطح بعد ترسب الروديوم وإزالة جزيئات البوليسترين من خلال تضاريس AFM. تطبيق الغلاف الحجري النانوي الظل النتائج في نانوسized هيكل الروديوم الدوري ثنائي الأبعاد مع مجموعة متجانسة من الثقوب في فيلم الروديوم شفافة المعدنية.صورة AFM عالية الدقة يوضح هيكل الخلية وحدة سداسية مع الحبوب التعرف على الروديوم. يُظهر ملف الارتفاع لثلاث بقع على سطح القطب أن شبكة الروديوم موزعة بشكل متجانس على سطح فوسفيد إنديوم من نوع P بارتفاع حوالي 10 نانومتر تشكل طبقة حفازة. خصائص الجهد الكهربائي الموجود ضوئيًا والقياسات خرونومامبيترية من نوع P نانوي نوع الفوزيد الرودوي الرودين الوريسيوم في بيئات الجاذبية الأرضية والصغرى لا تظهر اختلافات كبيرة.الأهم من ذلك، قبل إغلاق في الواقع كبسولة قطرة، وإزالة مسامير فضفاضة والكابلات التي لا يتم تشديد. يمكن أن مسامير المتبقية تدمير الإعداد التجريبية والأدوات خلال السقوط الحر. الروديوم، يمكن للمرء أن يؤدي إلى هذه النتائج في مختلف البنى النانوية الكهربائية مما أدى إلى ظروف كفاءة مختلفة.هذه هي على الأرجح نفس الحالة في بيئات الجاذبية الصغرى. 10- إنَّ التجسيد العملي لإنتاج الهيدروجين الكهروكيميائي الضوئي بكفاءة في بيئة الجاذبية الصغرية يفتح مسارات جديدة لإنتاج الأكسجين والوقود الشمسي في الفضاء ويمكن أن يسهم في تحقيق السفر الفضائي الطويل الأجل.

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Physics

Chemistry

Unit 1

Gravitation

SCIENTISTS IN ACTION

Thin-layer Chromatographic (TLC) Separations and Bioassays of Plant Extracts to Identify Antimicrobial Compounds

Thin-layer Chromatographic TLC Separations and Bioassays of Plant Extracts to Identify Antimicrobial Compounds

طبقة رقيقة الكروماتوجرافي (TLC) فصل واختبارات بيولوجية من المستخلصات النباتية لتحديد المركبات المضادة للميكروبات

A common screen for plant antimicrobial compounds consists of separating plant extracts by paper or thin-layer chromatography (PC or TLC), exposing the ...

Metal-silicate Partitioning at High Pressure and Temperature: Experimental Methods and a Protocol to Suppress Highly Siderophile Element Inclusions

تقسيم المعادن سيليكات في ارتفاع الضغط ودرجة الحرارة: الطرق التجريبية وبروتوكول قمع بشدة Siderophile العنصر الادراج

Estimates of the primitive upper mantle (PUM) composition reveal a depletion in many of the siderophile (iron-loving) elements, thought to result from ...

Supercritical Nitrogen Processing for the Purification of Reactive Porous Materials

تجهيز النيتروجين فوق الحرج لتنقية رد الفعل المواد المسامية

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

Non-equilibrium Microwave Plasma for Efficient High Temperature Chemistry

عدم التوازن الميكروويف الميكروويف للكفاءة عالية درجة الحرارة الكيمياء

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose ...

Influence of Hybrid Perovskite Fabrication Methods on Film Formation, Electronic Structure, and Solar Cell Performance

تأثير الهجين طرق Perovskite التصنيع على تشكيل السينمائي، التركيب الإلكتروني، وأداء الخلايا الشمسية

Hybrid organic/inorganic halide perovskites have lately been a topic of great interest in the field of solar cell applications, with the potential to ...

A Convenient Method for Extraction and Analysis with High-Pressure Liquid Chromatography of Catecholamine Neurotransmitters and Their Metabolites

طريقة مريحة لاستخراج وتحليل مع اللوني السائل عالي الضغط الكاتيكولامينات العصبية وعلى نواتج الأيض

The extraction and analysis of catecholamine neurotransmitters in biological fluids is of great importance in assessing nervous system function and ...

Key Factors Affecting the Performance of Sb2S3-sensitized Solar Cells During an Sb2S3 Deposition via SbCl3-thiourea Complex Solution-processing

Key Factors Affecting the Performance of Sb2S3-sensitized Solar Cells During an Sb2S3 Deposition via SbCl3-thiourea Complex Solution-processing

العوامل التي تؤثر في أداء Sb2ق3الرئيسية-توعية الخلايا الشمسية خلال بينالي الشارقة2ق3 ترسب عبر SbCl3-ال معقدة الحل تجهيز

Sb2S3 is considered as one of the emerging light absorbers that can be applied to next-generation solar cells because of its unique optical and electrical ...

Solution-Processed "Silver-Bismuth-Iodine" Ternary Thin Films for Lead-Free Photovoltaic Absorbers

معالجة حل "الفضة-البزموت-اليود" الثلاثي الأغشية الرقيقة لامتصاص الخالي من الرصاص الضوئية

Bismuth-based hybrid perovskites are regarded as promising photo-active semiconductors for environment-friendly and air-stable solar cell applications. ...

Bio-inspired Polydopamine Surface Modification of Nanodiamonds and Its Reduction of Silver Nanoparticles

تعديل سطح بوليدوباميني المستوحاة من السيرة الذاتية نانودياموندس والحد منه من جسيمات فضة نانوية

Surface functionalization of nanodiamonds (NDs) is still challenging due to the diversity of functional groups on the ND surfaces. Here, we demonstrate a ...

U2O5 Film Preparation via UO2 Deposition by Direct Current Sputtering and Successive Oxidation and Reduction with Atomic Oxygen and Atomic Hydrogen

U2O5 Film Preparation via UO2 Deposition by Direct Current Sputtering and Successive Oxidation and Reduction with Atomic Oxygen and Atomic Hydrogen

يو2س5 إعداد فيلم عن طريق ثالث أكسيد اليورانيوم2 الترسيب بالتيار المباشر اﻷخرق وأكسدة المتعاقبة والحد مع الأكسجين الذري والهيدروجين الذري

We describe a method to produce U2O5 films in situ using the Labstation, a modular machine developed at JRC Karlsruhe. The Labstation, an essential part ...