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. מכיר מימון מתוכנית המלגות של האקדמיה הלאומית הגרמנית למדעי המדינה, הענק LPDS 2016-06 ו סוכנות החלל האירופית. יתרה מזאת, היא רוצה להודות לד ר ליאופולד סאמנר, צוות המושגים המתקדמים, אלן דפסון, ד ר ג'ק ואן-בילט, ד ר Gabor מילסין וד ר רוברט ינדנר (ESTEC), רוביברט-ג'אן נורדם ופרופ ' הארי ב. גריי (קלטק) על תמיכתם הגדולה. M.H.R. אסירת תודה על תמיכה נדיבה של פרופ ' נתן ס. לואיס (קלטק). K.B. ו-M.H.R. לתמוך תמיכה מהמכון בקמן של המכון הטכנולוגי של קליפורניה ומרכז המחקר חומרים מולקולריים. צוות פוטוכימיה מכיר במידה רבה את המימון של המרכז הגרמני לחקר החלל (Deutsches זנטרום-ולין Raumfahrt e.V.) לפרויקט מס ' 50WM1848. יתרה מזאת, מ מאשר מימון של תוכנית הצוות החדשנית של גואנג-דונג ויזמית בשם "הננו-חומרים ונקודות הקוונטים לניהול אור במכשירים אלקטרואופטיקה" (no. 2016ZT06C517). יתר על כן, צוות המחבר מכיר במידה רבה את המאמץ והתמיכה של צוות ZARM עם דיטר Bischoff, טורסטן לוץ, מתיאס מאייר, פרד Oetken, יאן Siemers, ד ר מרטין קסטילו, מגדלנה Thode ו ד ר. ת'ורבן קוצ'אן. כמו כן, הוא אסיר תודה לשיחות מאקריות עם פרופ ' יסוהירו פוקונאקה (אוניברסיטת ואסדה), פרופ ' היסיושי מאצאשימה (אונ' הוקקאידו) וד ר סלובודן מיטורביץ ' (לאם מחקר).

1. הכנת פוטואלקטרודות p-InP
<ol><li>השתמש בגביש בודד p-InP (כיוון (111 A), Zn הריכוז של 5× 10 ס"מ -3) כמו photober. לגבי הכנה לקשר האחורי, להתנדף 4 ננומטר או, 80 nm Zn ו 150 ננומטר או על הישבן של וופל ולחמם אותו 400 ° צ' עבור 60 s.</li>
	<li>החל הדבק Ag לצרף את הקשר ohmic לחוט דק מצופה Cu. הפתיל חוט לצינור זכוכית, כתוב את המ?...

<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>

להכנת פוטואלקטרודות, חשוב למזער את החשיפה לחמצן בין הליך החריטה והמיזוג כדי לטהר את הHCl 0.5 M לפני השימוש כ 10-15 דקות עם חנקן. ברגע שהדגימות ממוזגות, הן יכולות להיות מאוחסנות תחת אווירת חנקן בצינורות בעלי 15 מ ל במשך מספר שעות כדי לאפשר הובלה לדוגמה ו/או זמן הכנה של מסיכות הקלקר. כדי להשיג הסדר הו...

האטמוספירה שלנו על פני כדור הארץ נוצרת באמצעות הפוטוסינתזה האוקסיגניים, תהליך בן 2,300,000,000 שנה המרת אנרגיה סולארית לתוך האנרגיה פחמימנים עשיר, שחרור חמצן כמוצר על ידי ושימוש במים ו-CO2 כמו מצעים. כיום, מערכות פוטוסינטטיות מלאכותיות בעקבות הרעיון של ערכת Z האנרגטית של זרז והעברת מטען בפוטוסינתזה הטבעית ממומשת במערכות מוליכים למחצה-אלקטרוזרז, המציגה עד כה את יעילות ההמרה של השמש למימן של 19%1,2,3. במערכות אלה, חומרים מוליכים למחצה מועסקים כסופגי אור אשר מצופים בשכבה דקה ושקופה של אלקטרוזרזים מסוג4. מחקר אינטנסיבי בתחום זה מקודמת על ידי החיפוש הגלובלי עבור מערכות אנרגיה מתחדשת עם מימן ו-פחמימנים שרשרת של הרבה לעשות מועמדים מצוינים עבור אספקת דלק חלופית. מכשולים דומים מתמודדים גם על משימות מרחב לטווח ארוך, שם אספקה של משאבים מכדור הארץ אינו אפשרי. דרושה חומרה אמינה לתמיכה בחיים, תוך שימוש ביחידת חידוש אוויר יעילה המספקת כ-310 ק ג של חמצן לכל חבר צוות בשנה, לא חשבונאות לפעילויות חוץ-לרכב5. מכשיר יעיל במים השמש הפיצול, מסוגל לייצר חמצן ומימן או להפחית פחמן דו חמצני סולארית בסיוע במערכת מונוליטי תספק חלופה, מסלול קל יותר לטכנולוגיות מועסקים כיום ב-ISS: יחידת התחדשות האוויר מורכבת מערכת מופרדים עם אלקטרולייזר אלקליין, מרכז אמין פחמן דו-חמצני מוצק הכורsabatier ה
Unprecedentedly, הבנו יעיל סולרי מימן ייצור בסביבה מיקרו כבידה, שסופקו על ידי 9.3 s במהלך חופשי לרדת במגדל מגדל ברמן (ZARM, גרמניה)6. שימוש ב-p-type האינדינום זרחן כוליכים האור בולם7,8 מצופה עם מובנית מוגבלת של רודיום, התגברו על המצע והמוצר מגבלות העברת המסה אל וממשטח פוטואלקטרודה, אשר מהווה מכשול בסביבות כבידה מופחתת בשל העדר ציפה9,10. היישום של הדפס ננוספירה של צללים11,12 ישירות על פני השטח של פוטואלקטרודה אפשרה היווצרות של רודיום קטליטי "נקודות חמות", אשר מנעו בועת גז מימן בועה והיווצרות של שכבה פרוטית בסמיכות של משטח אלקטרודה.
בזאת, אנו מספקים פרטים ניסיוניים של p-InP הכנה פוטואלקטרודה כולל חריטה על פני השטח ומיזוג, ואחריו יישום של הדפס ננו ליתוספירה על משטח האלקטרודה ואת ההצהרה פוטואלקטו של רודיום ננו-חלקיקים דרך כדורי הפוליסטירן. יתרה מזאת, ההגדרה הניסיונית בקפסולת השחרור במגדל השחרור של ברמן מתוארת ומפרטת את הרצף הנסיוני במהלך 9.3 הנפילות החופשיות. התשלום לדוגמה וטיפול לפני ואחרי כל טיפה מתוארים כמו גם הכנת קפסולת השחרור והציוד שלה כדי להפעיל מקורות תאורה, פוטנציאל, בקרות תריס ומצלמות וידאו על הפקודה.

<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

טיסות חלל ארוכות טווח ופלטפורמות מחקר של cis-ירחי דורשות חומרה בת קיימא ותמיכה בחיים, אשר ניתן לעבוד באופן אמין מחוץ לאטמוספירה של כדור הארץ. מה שנקרא "דלק סולארי" התקנים, שפותחה כיום עבור יישומים ארציים בחיפוש אחר המימוש של כלכלת אנרגיה בת קיימא על פני כדור הארץ, לספק מערכות חלופיות מבטיח יחידות התחדשות האוויר הקיים המועסקים על החלל הבינלאומי תחנת הרכבת (ISS) דרך הפרדת מים וייצור מימן אלקטרוכימי. מכשול אחד עבור מים (צילום-) אלקטרוליזה בסביבות הכבידה מופחתת היא העדר ציפה והוא נזקים תוצאתיים, בועת גז מפריע לשחרר מן המשטח אלקטרודה. זה גורם היווצרות של בועת גז השכבות בסמיכות למשטח האלקטרודה, המובילה לעלייה בהתנגדות ohmic והפסד של יעילות התא בשל העברה המונית מופחתת של מצעים ומוצרים אל ומתוך האלקטרודה. לאחרונה, הדגמנו ייצור יעיל של מימן סולארית בסביבה מיקרוכבידה, באמצעות מערכת מוליך למחצה משולב electrocatalyst עם הודו p סוג האינדינום זרחן כמו בולם באור וזרז רודיום. על ידי ננו בנייה את הזרז electrocatalyst באמצעות ליתופי ננו כדור וצל ובכך ליצור קטליטי ' נקודות חמות ' על פני השטח פוטואלקטרודה, אנחנו יכולים להתגבר על בועות גז מוגבלת ומגבלות העברה המונית הפגינו מימן יעיל ייצור בצפיפויות שוטפות גבוהות בכבידה מופחתת. כאן, הפרטים הניסיוניים מתוארים עבור ההכנות של אלה התקנים ננו מובנים ועוד, ההליך עבור בדיקות שלהם בסביבה מיקרוגרוטציה, הבינו במגדל הירידה ברמן במהלך 9.3 s של נפילה חופשית.

חריטה על פני השטח p-inp ב Br2/מתנול עבור 30 s עם מיזוג פוטואלקטרוכימי ברציפות של המדגם על ידי מרכיבה על אופניים פולריזציה ב-HCl מבוססת היטב בספרות ודנו (למשל, על ידי שולטה & לוורז (2001)14,15). הליך התחריט מסיר את התחמוצת המקורית שנותרה על פני השטח (...

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

הפקה יעילה סולארית מימן התממשו לאחרונה על פונקציונליזציה מערכות מוליכים למחצה-electrocatalyst בחצי תא האלקטרוכימי בסביבה המיקרוגרוטציה במגדל ברמן Drop. כאן, אנו מדווחים על ההליכים הניסיוניים לייצור מכשיר מוליך למחצה-electrocatalyst, פרטים של הגדרת ניסיוני בקפסולה ירידה ואת הרצף ניסיוני בסתיו חופשי.

ניסיוני שיטות ייצור יעיל מימן סולארית בסביבה מיקרוגרביטציה

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

פרוטוקול זה כולל הליך שלב אחר שלב של בניית פוטואלקטרודס ננו-מובנה לייצור מימן יעיל בסיוע אור בסביבות מיקרו-כבידה. זה כולל גם הליך בדיקת אלקטרודה של איך לבדוק את אלה photoelectrodes במגדל טיפת ברמן שבו 10 כדי מינוס שישה גרם יכול להיווצר 9.2 שניות של נפילה חופשית. זה נצפתה על ידינו וצוותי מחקר אחרים כי בועות גז שנוצר אלקטרוכימית מקל על פני השטח אלקטרודה בתנאי מיקרו כבידה בשל היעדר ציפה.זרז מייצר נקודות חמות קטליטי אשר משפר את הניתוק של בועות גז ואת היעילות הכוללת. את ההליכים ידגים עומר אקאי, סטודנט לתואר שני במעבדה שלנו ב-FU ברלין. כדי להתחיל, להחיל משחת כסף כדי לחבר את מגע OMEC לחוט נחושת מצופה דק.משחילים את החוט לצינור זכוכית ומשתמשים באפוקסי שחור עמיד כימית כדי לאסוף את דגימת האנדסיום פוספיד מסוג P ולאטום אותו לצינור הזכוכית. מתחת למכסה המנוע אדים, מניחים את 0.5 ס"מ רבוע מלוטש אינדיום הפנים של P-סוג אינדיום פוספיד ב 10 מיליליטר של פתרון ברום / מתנול במשך 30 שניות כדי תחריט להסרת תחמוצות ילידים. לאחר מכן לשטוף את פני השטח עם אתנול ומים אולטרה-חמים במשך 10 שניות כל אחד ולייבש את המדגם תחת שטף חנקן.השתמש בתא זכוכית borosilicate עם חלון קוורץ כתא פוטואלקטרוכימי ולמקום את האלקטרודה אינדיום פוספיד מסוג P בתא בסידור סטנדרטי שלוש אלקטרודה potentiostatic. השתמש מנורת הלוגן טונגסטן אור לבן כדי להאיר את המדגם במהלך הליך המיזוג. כוונן את עוצמת האור באמצעות פוטודיודה של התייחסות סיליקון מכוילת.לאחר טיהור החומצה ההידרוכלורית עם חנקן, התניה פוטואלקטרוכימית את המדגם עם רכיבה על אופניים potentiodynamic בקצב סריקה של 50 millivolts לשנייה במשך 50 מחזורים תחת תאורה רציפה. בהליך זה, ליטוגרפיה ננוספרה צל מוחל על יצירת nanostructures רודיום על אלקטרודה אינדיום פוספיד מסוג P. השג תערובת מוכנה של 300 מיקרוליטרים של 784 חבילות פוליסטירן ננומטר ו-300 מיקרוליטרים של אתנול המכילים משקל אחד של סטיירן ו-0.1% חומצה גופרתית.השתמש פיפטה פסטר עם קצה מעוקל כדי להחיל את הפתרון על פני המים. סובבו בעדינות את צלחת פטרי כדי להגדיל את שטח המבנים המונוקריסטליים. הפיצו בזהירות את הפתרון לכיסוי 50% מממשק מי האוויר עם מולית משושה סגורה ארוזה.הגן על חוט הנחושת של אלקטרודות אינדיום פוספיד ממוזגות פוטואלקטריות מסוג P עם פרפילם. בזהירות תדביק אותם לשקופית מיקרוסקופ והצב את האלקטרודות מתחת למסכת כדור הפוליסטירן הצפה. מנע סיבוב של הדגימות.לאחר מכן, השתמש פיפטה כדי להסיר בעדינות מים שיורית ולחכות שזה יתייבש. זה גורם למסכה להיות מופקד לאחר מכן על פני השטח אלקטרודה. ואז להוציא את האלקטרודה מתוך צלחת פטרי בעדינות לייבש את פני השטח עם חנקן.לאחסן את האלקטרודה תחת חנקן ב desiccator. כדי להפקיד פוטואלקטרוניקה חלקיקי רודיום, מניחים את האלקטרודה בתתבר אלקטרוליטים המכיל רודיום כלורי, נתרן כלורי איזופרופנול. עם potentiostat, להחיל פוטנציאל קבוע של 0.01 וולט במשך חמש שניות תחת תאורה בו זמנית עם מנורת יוד טונגסטן.לאחר מכן שטפו את הפוטואלקטרווד במים אולטרה-חמים וייבשו אותו תחת זרימה עדינה של חנקן. כדי להסיר את כדורי הפוליסטירן מפני השטח של האלקטרודה, מניחים את האלקטרודות בתוך מקור עם 10 מיליליטר שלטולואן ומערבבים בעדינות במשך 20 דקות. לאחר מכן, לשטוף את האלקטרודה עם אצטון ואתנול במשך 20 שניות כל אחד.לחקירות בועת גז, חבר שתי מצלמות לכל תא פוטו-אלקטרוני כדי לתעד את האבולוציה של בועת הגז באמצעות מראות אופטיות ומפצלי קרן. הר את ההתקנה photoelectrochemical ואת המצלמות על לוח אופטי לצרף אותו לאחד הלוחות האמצעיים של הקפסולה. השתמש בלוחות הנותרים לתשלום של ציוד נוסף כגון potentiostats ובקרות תריס, מקורות אור ומחשב הלוח.חבר אספקת סוללה בלוח התחתון של הקפסולה כדי להפעיל את ההתקנה במהלך נפילה חופשית. כתוב רצף שחרור אוטומטי עבור השלבים הניסיוניים שיש לשלוט בהם ולבצע אותם בסביבת מיקרו-כבידה. שמור על הניסוי בנפילה חופשית, כמו גם התאוששות קפסולה 45 דקות לאחר הירידה.כדי לחקור ייצור מימן בסיוע אור על הדגימות, לבצע voltammetry מחזורי כרונואמפרומטריה. בניסויים בוולטמטריית רכיבה על אופניים, הגדר שיעורי סריקה עבור שני potentiostats ב 218 מיליבולטים לשנייה ל 235 מיליבולטים לשנייה עבור רזולוציות אופטימליות במדידות מתח פוטו-רנט. השתמש בטווחי מתח של 0.25 וולט כדי שלילי 0.3 וולט לעומת אלקטרודה התייחסות כלוריד כסף כסף.השתמש בפוטנציאל הראשוני ב 0.2 וולט verus אלקטרודה התייחסות כלוריד כסף כסף ופוטנציאל גימור ב 0.2 וולט לעומת אלקטרודה התייחסות כלוריד כסף כסף. במדידה כרונואמפרומטרית, השתמש בציר הזמן של סביבת המיקרו-כבידה שנוצרה 9.3 שניות כדי לתעד את מקור הצילום המיוצר על-ידי המדגם. החל טווחים פוטנציאליים של שלילי 0.3 וולט כדי שלילי 0.6 וולט לעומת כסף כסף כלורי הפניה אלקטרודה להשוות פוטו-בורנט המיוצר.הפעל שלושה מחזורי סריקה. כדי להשוות את מדידות המתח הפוטו-רנטיות המוקלטות, בצע את מחזור הסריקה השני של כל ניסוי לניתוח. לאחר אחזור הקפסולה ממכל ההאטה, הסר את מגן ההגנה על הקפסולה.מוציאים את הדגימות מהתוספס הפנאומטי, שוטפים אותן במים אולטרה-חמים ומייבשים אותן תחת שטף חנקן עדין. אחסן אותם תחת אווירת חנקן עד שיבוצעו חקירות אופטיות וספקטרוסקופיות. מיקרוסקופ כוח אטומי מצב הקשה של משטח אינדיום פוספיד מסוג P לפני השינוי, לאחר תחריט בתת פתרון ברום / מתנול, ולאחר רכיבה על אופניים אלקטרוכימיים בחומצה הידרוכלורית להראות את הליך תחריט מסיר את תחמוצת הילידים שנותרו על פני השטח.רכיבה על אופניים אלקטרוכימיים בחומצה הידרוכלורית גורמת לעלייה ניכרת בגורם המילוי של ביצועי התא בליווי תזוזת פס שטוחה של אינדיום פוספיד מסוג P מ-0.56 וולט ל-0.69 וולט. מונולר חלקיקי פוליסטירן שהופקד על מצע אינדיום פוספיד מסוג P ועל פני השטח לאחר הפקדת הרודיום והסרת חלקיקי הפוליסטירן מוצגים באמצעות טופוגרפיה AFM. היישום של ליטוגרפיה ננוספרה צל תוצאות מבנה רודיום תקופתי דו מימדי ננו-ממדי עם מערך הומוגני של חורים בסרט רודיום שקוף מתכתי.תמונת AFM ברזולוציה גבוהה ממחישה את מבנה התא של היחידה המשושה עם גרגרי רודיום הניתנים לזיהוי. פרופיל הגובה של שלושה כתמים על פני השטח של האלקטרודה מראה כי רשת הרודיום מופצת הומוגנית על פני השטח של אינדיום פוספיד מסוג P בגובה של כ -10 ננומטר ויוצרים שכבה קטליטית. מאפייני המתח פוטו-זרם ומדידות כרונואמפרומטריות של אינדיום פוספיד ננו-מובנה מסוג P רודיום פוטואלקרודס בסביבות יבשתיות ומיקרו-כבידתיות אינם מראים הבדלים משמעותיים.והכי חשוב, לפני סגירת קפסולת טיפה, להסיר ברגים רופפים וכבלים אשר אינם מהודקים. ברגים שנותרו יכולים להרוס את ההתקנה הניסיונית ואת המכשירים במהלך נפילה חופשית. רודיום, אפשר לגרום לננו-מבנים אלקטרו-סטטיים שונים וכתוצאה מכך לתנאי יעילות שונים.קרוב לוודאי שזה אותו מקרה בסביבות מיקרו-כבידה. ההדגמה של ייצור מימן פוטואלקטרי יעיל בסביבת מיקרו-כבידה פותחת מסלולים חדשים לייצור חמצן ודלקים סולאריים בחלל, והיא עשויה לתרום למימוש מסעות ארוכי טווח בחלל.

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

בשכבה דקה כרומטוגרפי (TLC) הפרדות וbioassays של תמציות צמחים כדי לזהות תרכובות Antimicrobial

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

מחיצות מתכת סיליקט בלחץ גבוה וטמפרטורה: שיטות ניסיוניות ופרוטוקול לדיכוי מאוד תכלילים אלמנט Siderophile

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

עיבוד חנקן סופר קריטי עבור הטיהור של חומרים נקבוביים ריאקטיבי

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

פלזמה מיקרוגל לא שיווי משקל עבור כימיה יעילה טמפרטורה גבוהה

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

השפעת שיטות ייצור perovskite היברידיות על יצירת סרט, מבנה אלקטרוני, ואת ביצוע תאים סולאריים

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

שיטה נוחה עבור חילוץ וניתוח עם כרומטוגרפיה נוזלית בלחץ גבוה של נוירוטרנסמיטורים קטכולאמין מטבוליטים שלהם

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

מפתח גורמים המשפיעים על הביצועים של Sb2S3-רגיש תאים סולריים במהלך Sb2S3 התצהיר ויה SbCl3-עיבוד פתרון מורכב thiourea

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

הפתרון-מעובד "סילבר-ביסמוט-יוד" Ternary סרטים רזה עבור בולמי נטול עופרת פוטו

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

שינוי בהשראה ביו השטח Polydopamine של Nanodiamonds והצמצום שלה של סילבר חלקיקים

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

U2O5 הסרט הכנה באמצעות התצהיר2 אז פרט להתמחות על ידי זרם ישיר Sputtering וחמצון רצופים וצמצום עם אטומי חמצן ומימן אטומי

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 ...