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.는 독일 국립 과학 아카데미 레오폴디나(Leopoldina)의 펠로우십 프로그램에서 LPDS 2016-06 및 유럽 우주기구에 자금을 지원한 것을 인정합니다. 또한, 그녀는 레오폴드 서머 박사, 고급 개념 팀, 앨런 다우슨 박사, 잭 반 룬 박사, 가버 밀라신 박사와 로버트 린드너 박사 (ESTEC), 로버트 얀 누담 (노트) 및 해리 B. 그레이 교수 (칼텍)에게 큰 지원을 감사드립니다. M.H.R.은 네이선 S. 루이스 교수(칼텍)의 후한 지원에 감사드립니다. K.B. 및 M.H.R.은 캘리포니아 공과 대학의 베크만 연구소와 분자 재료 연구 센터의 지원을 인정합니다. PhotoEChem 팀은 프로젝트 No. 50WM1848에 대한 독일 항공 우주 센터 (도이치 젠트럼 퓌르 루프트 - und 라움파르트 e.V.)의 자금 지원을 크게 인정합니다. 또한, M.G.는 광동 혁신 및 기업가 팀 프로그램 "광전자 장치의 빛 관리를위한 플라스모닉 나노 재료 및 양자점"(No. 2016ZT06C517)의 자금 지원을 인정합니다. 또한, 저자 팀은 디이터 비쇼프, 토르스텐 루츠, 마티아스 마이어, 프레드 오트켄, 얀 지머스, 마틴 카스티요 박사, 막달레나 토데 박사, 소벤 쾨네만 박사와 함께 ZARM 팀의 노력과 지원을 크게 인정합니다. 후쿠나카 야스히로 교수(와세다 대학), 마쓰시마 히사요시 교수(홋카이도 대학), 슬로보단 미트로비치 박사(램 리서치)와의 심경에 대해서도 감사드립니다.

1. p-InP 광전극의 준비
<ol><li>단결정 p-InP (방향 (111 A), Zn 도핑 농도 5 × 1017cm -3)을광흡수제로 사용한다. 백 접촉 제제의 경우, 웨이퍼 의 뒷면에 4 nm Au, 80 nm Zn 및 150 nm Au를 증발시키고 60 s에 대해 400 °C로 가열합니다.</li>
	<li>Ag 페이스트를 적용하여 오믹 접선을 얇은 도금 된 Cu 와이어에 부착합니다. 와이어를 유리 튜브에 나사로 연결하고 샘플을 캡슐화하고 검은 색의 내화학 성 에...

<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>

광전극의 제조를 위해, 에칭 및 컨디셔닝 절차 사이의 산소 노출을 최소화하고 질소로 약 10 - 15 분 동안 사용 하기 전에 0.5 M HCl을 제거 하는 것이 중요 하다. 시료가 조절되면 15 mL 원엽 튜브에 질소 대기하에 몇 시간 동안 보관할 수 있어 폴리스티렌 입자 마스크의 샘플 이송 및/또는 준비 시간을 허용합니다. 전극 기판 상에서 PS 구체의 균일한 배열을 달성하기 위해서는, 연속적이고 반사적인 필?...

지구상의 대기는 태양 에너지를 에너지가 풍부한 탄화수소로 변환하고 산소를 부산물로 방출하고 물과CO2를 기판으로 사용하는 23억 년 된 산광합성을 통해 형성됩니다. 현재, 자연 광합성에서 촉매 및 전하 전달의 에너지 Z-scheme의 개념에 따른 인공 광합성 시스템은 반도체-전기 촉매 시스템에서 실현되어, 19%1,2,3의태양-수소 변환 효율을 보여주고 있다. 이러한 시스템에서 반도체 재료는 전기 촉매의 얇고 투명한 층으로 코팅되는 광 흡수제로 사용된다4. 이 분야의 강도 높은 연구는 수소 및 긴 사슬 탄화수소로 재생 에너지 시스템에 대한 글로벌 탐구에 의해 촉진되어 대체 연료 공급을 위한 우수한 후보를 만듭니다. 지구로부터 자원을 재보급할 수 없는 장기 우주 임무에서도 비슷한 장애물이 발생한다. 신뢰할 수 있는 생명 유지 하드웨어가 필요하며, 효율적인 공기 재생 장치를 사용하여 승무원 1인당 연간 약 310kg의 산소를 공급하며, 외압 활동을 고려하지 않습니다5. 산소와 수소를 생산하거나 이산화탄소를 줄일 수 있는 효율적인 태양열 분해 장치는 ISS에서 현재 사용되고 있는 기술에 대한 대안적이고 가벼운 경로를 제공할 것입니다: 공기 활성화 장치는 알칼리성 전해질, 고체 아민 이산화탄소 농축기 및 CO2의감소를 위한 사바티에 반응기로 구성된분리된 시스템으로 구성됩니다.
전례없는, 우리는 브레멘 드롭 타워 (ZARM, 독일)에서 자유 낙하 시 9.3 s에 의해 제공되는 미세 중력 환경에서 효율적인 태양 수소 생산을 실현6. p형 인듐 인디움인스프리드를 반도체 광흡수제7,8나노구조로 코팅한 로듐 전촉매로 사용하여, 부력9,10의부재로 인해 중력 감소 환경의 장애물인 광전극 표면을 오간 기판 및 제품 질량 전달 한계를 극복했습니다. 그림자 나노스리소그래피(11,12)를 광전극 표면에 직접 적용하여 로듐 촉매 '핫스팟'의 형성을 허용하여 수소 기포 가루가 유착되고 전극 표면에 근접한 거품층의 형성을 방지하였다.
본 명세서에서, 우리는 표면 에칭 및 컨디셔닝을 포함한 p-InP 광전극 제제의 실험적 세부 사항을 제공하고, 이어서 전극 표면에 그림자 나노스피어 리소그래피의 적용과 로듐의 광전극을 폴리스티렌 구를 통해 나노 입자. 또한 브레멘 드롭 타워의 드롭 캡슐에 대한 실험 적 설정이 설명되고 9.3 s의 자유 낙하 동안 실험 순서에 대한 세부 사항이 제공됩니다. 각 드롭 전후의 샘플 할부 및 취급은 조명 소스, potentiostats, 셔터 컨트롤 및 명령시 비디오 카메라를 작동하기 위한 드롭 캡슐 및 장비의 준비에 대해 설명되어 있습니다.

<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

장기 우주 비행 및 시스 달 연구 플랫폼은 지구 대기 외부에서 안정적으로 사용할 수 있는 지속 가능하고 가벼운 생명 유지 하드웨어가 필요합니다. 지구상의 지속 가능한 에너지 경제 실현을 위해 지상파 응용 을 위해 개발 된 소위 '태양 연료'장치는 국제 우주에 사용되는 기존 공기 활성화 장치에 유망한 대체 시스템을 제공합니다. 광전기 화학 물 분할 및 수소 생산을 통한 스테이션(ISS) 감소된 중력 환경에서 물(사진-) 전기 분해에 대한 한 가지 장애물은 부력의 부재와 전극 표면에서 방출되는 가스 버블 방출을 방해한 결과입니다. 이것은 전극 표면에 근접하여 기체 거품 이체 층의 형성을 야기하고, 전극과 제품간의 질량 전달 감소로 인한 오믹 저항 및 세포 효율 손실의 증가로 이어집니다. 최근에는 p형 인듐 인스패디하이드를 광흡수제와 로듐 전기촉매로 통합된 반도체-전기촉매 시스템을 사용하여 미세중력 환경에서 효율적인 태양수소 생산을 입증했습니다. 섀도우 나노스피어 리소그래피를 사용하여 전기촉매를 나노화하여 광전극 표면에 촉매 '핫스팟'을 생성함으로써 기체 버블 유착 및 질량 전달 한계를 극복하고 효율적인 수소를 입증할 수 있습니다. 감소 된 중력의 높은 전류 밀도에서 생산. 여기서, 실험 세부 사항은 이러한 나노 구조 장치의 준비에 대해 설명하고, 더 나아가, 자유 낙하의 9.3 s 동안 브레멘 드롭 타워에서 실현 된 미세 중력 환경에서의 테스트 절차에 대해 설명합니다.

HCl에서 의한 사이클링 편광에 의한 시료의 연속적인 광전기화학적 컨디셔닝을 통해 30s에 대한 Br2/메탄올에서p-InP 표면을 에칭하고 논의하였다(예를 들어, 슐테 & 레와렌츠(2001)에 의해(2001)14,15). 에칭 절차는 표면에 남아 있는 기본 산화물을 제거합니다(그림2)및 HCl에서의 전기화학적 사이클링은 또...

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Experimental Methods for Efficient Solar Hydrogen Production in Microgravity Environment

최근 브레멘 드롭 타워의 미세 중력 환경에서 광전기 화학 반셀의 기능화된 반도체 전기 촉매 시스템에 효율적인 태양수소 생산이 실현되었습니다. 여기서, 반도체-전기촉매 장치를 제조하기 위한 실험 절차, 낙하 시 낙하 캡슐 내의 실험 설정 및 실험 서열에 대한 세부 사항을 보고한다.

미세 중력 환경에서 효율적인 태양 수소 생산을위한 실험 방법

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

이 프로토콜에는 마이크로 중력 환경에서 효율적인 광보조 수소 생산을 위해 나노 구조광전극을 구성하는 방법에 대한 단계별 절차가 포함되어 있습니다. 또한 브레멘 드롭 타워에서 이러한 광전극을 테스트하는 방법에 대한 전극 테스트 절차도 포함되어 있으며, 여기서 10에서 마이너스 6 g까지 자유 낙하 9.2초 만에 생성될 수 있습니다. 전기화학적으로 생성된 가스 기포가 부력의 부재로 인해 미세 중력 조건에서 전극 표면에 달라붙는 것으로 우리와 다른 연구 팀에 의해 관찰된다.촉매는 가스 기포의 분리와 전반적인 효율성을 향상시키는 촉매 핫스팟을 생성합니다. 절차는 Omer Akay에 의해 입증 될 것 이다, FU 베를린에서 우리의 실험실에서 대학원생. 먼저, 은 페이스트를 적용하여 OMEC 접선을 얇은 도금 구리 와이어에 부착하십시오.와이어를 유리 튜브에 실어내고 검은 화학 성 에폭시를 사용하여 P 형 인듐 인듐 인스피더 샘플을 캡슐화하고 유리 튜브에 밀봉하십시오. 연기 후드 아래에는 P형 인듐 인듐 인디움의 0.5 평방 센티미터 연마 된 인듐 면을 10 밀리리터의 브롬 / 메탄올 용액에 30 초 동안 배치하여 토착 산화물을 제거하기위한 에칭하십시오. 그런 다음 에탄올과 초순수로 표면을 각각 10초 동안 헹구고 질소 플럭스 아래에서 샘플을 건조시로 건조시합니다.석영 창이 있는 보로실리케이트 유리 세포를 광전화학 세포로 사용하고 표준 3전극 전동 성 배열에 P형 인듐 인듐 인산화전극을 세포에 배치합니다. 백색 조명 텅스텐 할로겐 램프를 사용하여 컨디셔닝 절차 중에 샘플을 비춥춥시다. 보정된 실리콘 레퍼런스 포토디오드로 광강도를 조정합니다.질소로 염산을 제거한 후, 광전전기는 연속 조명 하에서 50사이클동안 초당 50밀리볼트의 스캔 속도로 전위학적 사이클링으로 샘플을 조절합니다. 이 절차에서, 그림자 나노구리소그래피는 P형 인듐 인산화전극상 로듐 나노구조를 형성하기 위해 적용된다. 784 나노미터 폴리스티렌 구슬300 마이크로리터와 1중량 부피 퍼센트 스티렌과 0.1%의 황산을 함유한 300마이크로리터의 기성제 혼합물을 획득한다.곡선 팁이 있는 파스퇴파이펫을 사용하여 용액을 수면에 적용합니다. 페트리 접시를 부드럽게 돌려 단결정 구조의 면적을 늘립니다. 육각형 폐쇄 포장 단층으로 공기 용수 인터페이스의 50 %를 커버하는 솔루션을 신중하게 배포합니다.광전화학적으로 조절된 P형 인듐 인듐 인디움 하이드 전극의 구리 와이어를 파라필름으로 보호한다. 현미경 슬라이드에 조심스럽게 테이프를 매고 부동 가까이 포장 폴리스티렌 구 마스크 아래에 전극을 배치합니다. 샘플이 회전하지 못하도록 합니다.그 후 파이펫을 사용하여 잔류수를 부드럽게 제거하고 건조할 때까지 기다립니다. 이로 인해 마스크는 이후에 전극 표면에 증착됩니다. 그런 다음 페트리 접시에서 전극을 꺼내 질소로 표면을 부드럽게 건조시다.전극을 건조기에서 질소 아래에 저장합니다. 광전화학적 로듐 나노 입자를 증착하려면 엽화, 염화 나트륨 및 이소프로판올을 포함하는 전해질 용액에 전극을 놓습니다. 강력한 요오스타트를 사용하면 텅스텐 요오드 램프를 동시에 조명하여 5초 동안 0.01볼트의 일정한 잠재력을 적용합니다.그런 다음 광전극을 초순수물로 헹구고 질소의 부드러운 흐름하에서 건조시다. 전극 표면에서 폴리스티렌 구체를 제거하려면 전극을 톨루엔 10 밀리리터로 비커에 넣고 20분 동안 부드럽게 저어줍니다. 그 후, 아세톤과 에탄올로 전극을 각각 20초 동안 헹구는 다.가스 버블 조사의 경우 각 광전기 화학 전지에 두 대의 카메라를 부착하여 광학 거울과 빔 스플리터를 통해 가스 버블 진화를 기록합니다. 광전화학 설정과 카메라를 광학 보드에 장착하고 캡슐의 중간 보드 중 하나에 부착합니다. 나머지 보드를 사용하여 potentiostats 및 셔터 컨트롤, 광원 및 보드 컴퓨터와 같은 추가 장비의 분할을 사용합니다.캡슐 의 하단 보드에 배터리 공급 장치를 부착하여 자유 낙하 시 설정에 전원을 공급합니다. 미세 중력 환경에서 제어 및 수행되는 실험 단계에 대한 자동 낙하 시퀀스를 작성합니다. 자유 낙하뿐만 아니라 낙하 후 45 분 캡슐 복구에서 실험을 유지합니다.시료의 빛 보조 수소 생산을 조사하려면 순환 볼탐과 크로노암페롬법을 수행합니다. 사이클링 voltammetry 실험에서, 광전류 전압 측정에서 최적의 해상도를 위해 초당 218 밀리볼트에서 초당 235 밀리볼트로 두 개의 potentiostats에 대한 스캔 속도를 설정합니다. 0.25 볼트의 전압 범위를 음수 0.3볼트에 은은 염화물 기준 전극에 비해 사용합니다.0.2볼트의 초기 전위와 은은 염화물 기준 전극의 0.2볼트 및 마무리 전위는 0.2볼트 대 은은 염화물 기준 전극을 사용합니다. 크로노암페로메트릭 측정에서 생성된 미세 중력 환경의 시간 척도를 사용하여 샘플에 의해 생성된 광전류를 기록합니다. 생산된 광전류를 비교하기 위해 음수 0.3볼트의 잠재적 범위를 음수 0.6볼트 대비 은은 염화기준 전극에 적용한다.세 번의 스캔 주기를 실행합니다. 기록된 광전류 전압 측정을 비교하려면 분석을 위해 각 실험의 두 번째 스캔 주기를 수행합니다. 감속 용기에서 캡슐을 검색 한 후 캡슐 보호 막을 제거하십시오.공압 염에서 샘플을 제거하고 초순수 물로 헹구고 부드러운 질소 플럭스 아래에서 건조시다. 광학 및 분광 조사가 수행 될 때까지 질소 대기 아래에 저장합니다. P형 인듐 인디움 피더 표면의 원자력 현미경 검사법은 수정 전, 브롬/메탄올 용액에 에칭한 후, 염산에서 전기화학적 사이클링 후 에칭 시술을 통해 표면에 남아 있는 네이티브 산화물을 제거한다.염산에서 전기화학적 사이클링은 P형 인듐 인산화물의 평평한 대역 이동을 동반하여 세포 성능의 충전인이 0.56볼트에서 0.69볼트로 상당한 증가의 원인이 된다. P형 인듐 인디움 인디움기판및 표면상의 증착된 폴리스티렌 입자 단층은 로듐증의 증착 후 표면과 폴리스티렌 입자의 제거를 AFM 지형을 통해 도시된다. 섀도우 나노피어 리소그래피를 적용하면 금속 투명 로듐 필름에 균일한 구멍 배열이 있는 나노 크기의 2차원 주기로듐 구조가 생성됩니다.고해상도 AFM 이미지는 로듐의 인식 가능한 곡물을 가진 육각형 단위 세포 구조를 보여줍니다. 전극 표면에 있는 3개의 반점의 높이 프로파일은 로듐 메쉬가 촉매층을 형성하는 약 10 나노미터의 높이로 P형 인듐 인덱히드 표면에 균질하게 분포되어 있음을 나타낸다. 지상및 미세중력 환경에서 나노구조식 인듐 인디움 로듐 광전극의 광전류 전압 특성 및 크로노암페로메트릭 측정은 큰 차이를 보이지 않는다.가장 중요한 것은 실제로 드롭 캡슐을 닫기 전에 단단히 조이지 않는 느슨한 나사와 케이블을 제거합니다. 남은 나사는 자유 낙하 시 실험용 설정과 악기를 파괴할 수 있습니다. 로듐, 하나는 이 다른 효율 조건의 결과로 다른 전기 촉매 나노 구조의 결과 수 있습니다.이는 미세 중력 환경에서도 마찬가지일 가능성이 큽니다. 미세 중력 환경에서 효율적인 광전기 화학 수소 생산의 데모는 우주에서 산소와 태양 연료의 생산을위한 새로운 경로를 열고 장기 우주 여행의 실현에 기여할 수 있습니다.

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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

박층 크로마토 그래피 (T​​LC) 분판 및 식물 추출물의 생물학적 검정법은 항균 화합물을 확인하는

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

연구

화학

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

실험 방법 및 높은 Siderophile 요소 흠을 억제하는 프로토콜 : 높은 압력과 온도에서 금속 규산염 분할

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

반응성이 있음 다공성 물질의 정제를위한 초 임계 질소 처리

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

효율적인 고온 화학을위한 비평 형 마이크로 웨이브 플라즈마

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

필름 형성에 하이브리드 페 로브 스카이 트 제조 방법, 전자 구조 및 태양 전지 성능의 영향

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

추출 및 카 테 콜 아민 신경 전달 물질과 그들의 대사 산물의 고압 액체 크로마토그래피로 분석 하는 편리한 방법

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

주요 Sb2S3의 성능에 영향을 미치는 요인-태양 전지는 Sb2S3 증 착을 통해 SbCl3중 응-thiourea 복잡 한 솔루션-처리

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

솔루션 처리 "실버-비스무트-요오드" 삼항 박막 리드 무료 태양광 흡수에 대 한

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

Nanodiamonds 및은 나노 입자의 그것의 감소의 바이오 영감 Polydopamine 표면 수정

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

UO2 증 착 직류 스퍼터 링 및 연속 산화와 산소 원자와 원자 수소 감소를 통해 U2O5 영화 준비

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 ...