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., Alman Ulusal Bilimler Akademisi Leopoldina, grant LPDS 2016-06 ve Avrupa Uzay Ajansı burs programından fon kabul ediyor. Ayrıca, Dr Leopold Summerer, Advanced Concepts Team, Alan Dowson, Dr. Jack van Loon, Dr. Gabor Milassin ve Dr. Robert Lindner (ESTEC), Robbert-Jan Noordam (Notese) ve Prof. Harry B. Gray'e (Caltech) büyük desteklerinden dolayı teşekkür eder. M.H.R. Prof. Nathan S. Lewis'in (Caltech) cömert desteği için minnettardır. K.B. ve M.H.R. Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü Beckman Enstitüsü ve Moleküler Malzeme Araştırma Merkezi'nin desteğini kabul ediyor. PhotoEChem Ekibi, 50WM1848 numaralı proje için Alman Havacılık ve Uzay Merkezi'nden (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.) yapılan fonları büyük ölçüde kabul eder. Ayrıca, M.G. Guangdong Yenilikçi ve Girişimci Ekip Programı"nın "Optoelektronik Cihazlarda Işık Yönetimi için Plazmonik Nanomalzemeler ve Kuantum Noktaları" (no. 2016ZT06C517) başlıklı finansmanı kabul eder. Ayrıca yazar ekibi, Dieter Bischoff, Torsten Lutz, Matthias Meyer, Fred Oetken, Jan Siemers, Dr. Martin Castillo, Magdalena Thode ve Dr. Thorben Könemann ile zarm ekibinin çaba ve desteğini büyük ölçüde kabul ediyor. Ayrıca Prof. Yasuhiro Fukunaka (Waseda Üniversitesi), Prof. Hisayoshi Matsushima (Hokkaido Üniversitesi) ve Dr. Slobodan Mitrovic (Lam Research) ile yapılan aydınlatıcı tartışmalar için de müteşekkirdir.

1. P-InP fotoelektrotlarının hazırlanması
<ol><li>Fotoemici olarak tek kristal p-InP (oryantasyon (111 A), Zn doping konsantrasyonu 5 × 1017 cm-3)kullanın. Geri temas hazırlığı için, gofretin arka tarafında 4 nm Au, 80 nm Zn ve 150 nm Au buharlaşın ve 60 s için 400 °C'ye ısıtın.</li>
	<li>Ohmik kontamı ince kaplama cu teline takmak için Ag macunu uygulayın. Kabloyu cam bir tüpe bağlayın, numuneyi kapsülleyin ve siyah, kimyasala dayanıklı epoksi kullanarak cam tüpe kapa...

<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>

Fotoelektrotların hazırlanması için, gravür ve klima prosedürü arasındaki oksijen maruziyetini en aza indirmek ve 0,5 M HCl'yi kullanmadan önce yaklaşık 10 - 15 dk azot ile temizlemek önemlidir. Numuneler şartlandırıldıktan sonra, polistiren partikül maskelerinin numune taşınması ve/veya hazırlanması için 15 mL konik tüplerde azot atmosferi altında birkaç saat saklanabilir. ELEKTROT substratı üzerinde PS kürelerinin homojen bir şekilde düzenlenmesi için, su yüzeyinde sürekli, yansıtıc?...

Dünya'daki atmosferimiz, güneş enerjilerini enerji açısından zengin hidrokarbonlara dönüştüren, oksijeni yan ürün olarak serbest bırakan ve su ve CO2'yi substrat olarak kullanan 2,3 milyar yıllık bir süreç olan oksijenik fotosentez le oluşur. Şu anda, doğal fotosentezde enerjik Z şeması ve doğal fotosentezde yük transferi kavramını takip eden yapay fotosentetik sistemler yarı iletken-elektrokatalizör sistemlerde gerçekleştirilerek şimdiye kadar güneşten hidrojene dönüşüm verimliliğini 19 %1,2,3olarak gösterir. Bu sistemlerde yarı iletken malzemeler, ince, saydam bir elektrokatalizör tabakası ile kaplanmış ışık emiciler olarak kullanılmaktadır4. Bu alanda yoğun araştırma hidrojen ve uzun zincirli hidrokarbonlar alternatif bir yakıt kaynağı için mükemmel adaylar yapma yenilenebilir enerji sistemleri için küresel arayışı tarafından teşvik edilir. Benzer engeller, Dünya'dan kaynak temininin mümkün olmadığı uzun vadeli uzay görevlerinde de karşı karşıya dır. Güvenilir bir yaşam destek donanımı gereklidir, mürettebat üyesi başına yılda yaklaşık 310 kg oksijen sağlayan verimli bir hava canlandırma ünitesi istihdam, ekstravehiküler faaliyetler için muhasebe değil5. Verimli bir güneş suyu yarma cihazı, oksijen ve hidrojen üretme yeteneğine sahip veya karbondioksit güneş destekli azaltmak ve yekpare bir sistemde iss şu anda istihdam teknolojileri için alternatif, hafif bir rota sağlayacak: hava canlandırma ünitesi bir alkali elektroliz, katı bir amin karbondioksit konsentür ve CO2azaltılması için bir Sabatier reaktör ile ayrılmış bir sistem oluşur .
Benzeri görülmemiş bir şekilde, bremen Drop Tower (ZARM, Almanya)6serbest düşüş sırasında 9.3 s tarafından sağlanan mikroyerçekimi ortamında verimli güneş-hidrojen üretimi gerçekleştirdi. Yarı iletken bir ışık emici olarak p-tipi indiyum fosfat kullanarak7,8 nanoyapılı rodyum elektrokatalizör ile kaplanmış, biz ve fotoelektrot yüzeyinden substrat ve ürün kütle transferi sınırlamaları üstesinden, hangi yüzdürme olmaması nedeniyle azaltılmış yerçekimi ortamlarında bir engeldir9,10. Gölge nanosphere litografi11,12 doğrudan fotoelektrot yüzeyine uygulanması rodyum katalitik 'sıcak noktalar' oluşumunu sağladı, hangi hidrojen gaz kabarcık birleştirme ve elektrot yüzeyine yakın bir köpük tabakası oluşumunu engelledi.
Burada yüzey gravür ve koşullandırma dahil olmak üzere p-InP fotoelektrot hazırlığının deneysel detaylarını, ardından elektrot yüzeyine gölge nanosphere litografisinin uygulanmasını ve rodyumun fotoelektroelektrotpozisyonunu saklı tutarak polistiren küreler aracılığıyla nano tanecikleri. Ayrıca, Bremen Drop Tower'daki damla kapsülündeki deneysel kurulum açıklanmış ve serbest düşüşün 9.3 s'lik bölümünde deneysel dizinin ayrıntıları verilmiştir. Her damladan önce ve sonra örnek taksit ve işleme yanı sıra bırakma kapsülü ve aydınlatma kaynakları, potansiyostats, deklanşör kontrolleri ve video kameralar komutu üzerine çalıştırmak için ekipman hazırlanması özetlenmiştir.

<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

Uzun süreli uzay uçuşları ve cis-lunar araştırma platformları, Dünya atmosferinin dışında güvenilir bir şekilde kullanılabilir sürdürülebilir ve hafif bir yaşam destek donanımı gerektirir. Dünya'da sürdürülebilir bir enerji ekonomisini gerçekleştirmek için karasal uygulamalar için geliştirilen sözde 'güneş yakıtı' cihazları, Uluslararası Uzay'da kullanılan mevcut hava canlandırma birimlerine umut verici alternatif sistemler sunmaktadır. İstasyon (ISS) fotoelektrokimyasal su yarma ve hidrojen üretimi ile. Azaltılmış yerçekimi ortamlarında su (foto-) elektroliz için bir engel yüzdürme ve sonuç olarak, elektrot yüzeyinden engellenen gaz kabarcığı serbest. Bu elektrot yüzeyine yakın gaz kabarcık köpük katmanları oluşumuna neden olur, ve elektrot azaltılmış kütle transferi nedeniyle ohmik direnç ve hücre verimliliği kaybına yol açan. Son zamanlarda, mikroyerçekimi ortamında etkin güneş hidrojen üretimi göstermiştir, ışık emici ve rodyum elektrokatalizör olarak p-tipi indiyum fosfat ile entegre bir yarı iletken-elektrokatalizör sistemi kullanarak. Gölge nanosphere litografisi kullanarak elektrokatalizör nanoyapıve bu nedenle fotoelektrot yüzeyinde katalitik 'sıcak noktalar' oluşturarak, gaz kabarcığı birleştirme ve kütle transferi sınırlamaları üstesinden gelebilir ve verimli hidrojen gösterdi azaltılmış yerçekimi yüksek akım yoğunluklarında üretim. Burada, deneysel ayrıntılar bu nanoyapılı cihazların hazırlıkları için açıklanmıştır ve daha fazla, mikroyerçekimi ortamında test için prosedür, Serbest düşüş 9.3 s sırasında Bremen Drop Kulesi'nde gerçekleştirilen.

P-InP yüzeyinin Br2/metanolte 30 s'de hcl'de bisikletpolarizasyonu ile numunenin ardışık fotoelektrokimyasal koşullandırılması ile aşındırılması literatürde iyi bir şekilde oluşturulmuş ve tartışılmıştır (örneğin, Schulte & Lewerez (2001) tarafından14,15). Gravür işlemi yüzeyde kalan doğal oksit kaldırır(Şekil 2) ve HCl elektrokimyasal bisiklet hücre perfor...

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

Verimli güneş-hidrojen üretimi son zamanlarda Bremen Drop Tower mikroyerçekimi ortamında bir fotoelektrokimyasal yarı hücreli fonksiyonel yarı iletken-elektrokatalizör sistemlerde gerçekleştirilmiştir. Burada, yarı iletken-elektrokatörekat cihazının üretimi için deneysel prosedürleri, damla kapsülündeki deneysel kurulumun ayrıntılarını ve serbest düşüş sırasındaki deneysel diziyi rapor ediyoruz.

Mikroyerçekimi Ortamında Verimli Güneş HidrojenI Üretimi Için Deneysel Yöntemler

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

Bu protokol, mikroyerçekimi ortamlarında etkili ışık destekli hidrojen üretimi için nanoyapılı fotoelektrotların nasıl inşa edildiğinin adım adım prosedürünü içermektedir. Ayrıca bremen Drop Kulesi'nde bu fotoelektrotların test edilmesi için bir elektrot test prosedürü içerir. Biz ve diğer araştırma ekipleri tarafından, mikroyerçekimi koşullarında elektrot yüzeyine elektrokimyasal olarak üretilen gaz kabarcıklarının yüzdürme olmamasından dolayı yapışdığı gözlemlenmektedir.katalizör gaz kabarcıkları ve genel verimliliği nin ayrılmasını artırır katalitik hotspots üretir. Prosedürler FU Berlin'deki laboratuvarımızda yüksek lisans öğrencisi Ömer Akay tarafından gösterilecek. Başlamak için, OMEC kontaktını ince kaplama bakır tele takmak için gümüş macunu uygulayın.Kabloyu cam bir tüpe bağlayın ve P-tipi indiyum fosfat örneğini kapsüllemek ve cam tüpe yapıştırmak için siyah kimyasala dayanıklı epoksi kullanın. Bir duman kaputunun altında, p-tipi indiyum fosfatın 0,5 santimetre kare cilalı indiyum yüzünü, yerli oksitleri çıkarmak için 30 saniye boyunca 10 mililitre brom/metanol çözeltisine yerleştirin. Daha sonra yüzeyi etanol ve ultra saf suyla 10'ar saniye durulayın ve numuneyi azot akısı altında kurulayın.Fotoelektrokimyasal hücre olarak kuvars pencereli borosilikat cam hücre kullanın ve p-tipi indiyum fosfat elektrodu hücreye standart üç elektrot potentiostatik düzenleme yerleştirin. Klima işlemi sırasında örnek aydınlatmak için beyaz ışık tungsten halojen lamba kullanın. Ayarlanmış silikon referans fotodiyot ile ışık yoğunluğunu ayarlayın.Hidroklorik asidi azotla arındırdıktan sonra, fotoelektrokimyasal olarak numuneyi sürekli aydınlatma altında 50 döngü boyunca saniyede 50 milivolt luk bir tararak potansiyodinamik bisikletle koşullandırma. Bu işlemde P-tipi indiyum fosfat elektrodu üzerinde rodyum nanoyapı oluşturmak için gölge nanosfer litografisi uygulanır. 784 nanometre polistiren boncuk 300 mikrolitre ve bir ağırlık hacmi yüzde stiren ve% 0.1 sülfürik asit içeren etanol 300 mikrolitre hazır karışımı elde.Çözeltiyi su yüzeyine uygulamak için kavisli uçlu bir Pasteur pipeti kullanın. Monokristalin yapıların alanını artırmak için Petri kabını nazikçe çevirin. Altıgen kapalı paketlenmiş tek katmanlı hava-su arabiriminin %50'sini kapsayacak şekilde çözümü dikkatlice dağıtın.Fotoelektrokimyasal olarak klimalı P-tipi indiyum fosfat elektrotlarının bakır telini parafilm ile koruyun. Dikkatle bir mikroskop slayt onları bant ve yüzen yakın paketlenmiş polistiren küre maskesi altında elektrotlar yerleştirin. Örneklerin dönmesini önleyin.Bundan sonra, yavaşça kalan su kaldırmak ve kurumasını beklemek için bir pipet kullanın. Bu, maskenin daha sonra elektrot yüzeyine birikmesine neden olur. Sonra Petri kabından elektrot almak ve yavaşça azot ile yüzeykuru.Elektrotazot un altında bir kurutucuda saklayın. Fotoelektrokimyasal olarak rodyum nano taneciklerini birikintisi için elektrot, rodyum klorür, sodyum klorür ve izopropanol içeren bir elektrolit çözeltisine yerleştirin. Bir potansiyostat ile, bir tungsten iyot lambası ile eşzamanlı aydınlatma altında beş saniye için 0,01 volt sabit bir potansiyel uygulayın.Daha sonra fotoelektrotu ultra saf suyla durulayın ve hafif bir azot akışı altında kurulayın. Elektrot yüzeyinden polistiren küreleri çıkarmak için elektrotları 10 mililitre tolüen içeren bir kabın haline koyun ve 20 dakika hafifçe karıştırın. Daha sonra elektrotu 20'şer saniye boyunca aseton ve etanolle durulayın.Gaz kabarcığı araştırmaları için, optik aynalar ve ışın ayırıcılar aracılığıyla gaz kabarcığı evrimini kaydetmek için her fotoelektrokimyasal hücreye iki kamera takın. Fotoelektrokimyasal kurulumu ve kameraları optik bir tahtaya monte edin ve kapsülün orta tahtalarından birine takın. Kalan panoları potansiyostats ve deklanşör kontrolleri, ışık kaynakları ve tahta bilgisayar gibi ek ekipman taksit için kullanın.Serbest düşüş sırasında kuruluma güç sağlamak için kapsülün alt kartına bir pil kaynağı takın. Mikroyerçekimi ortamında kontrol edilecek ve gerçekleştirilecek deneysel adımlar için otomatik bir bırakma sırası yazın. Serbest düşüş te deneyi ve düşüşten sonraki 45 dakikalık kapsül geri kazanımını koruyun.Numuneler üzerindeki ışık destekli hidrojen üretimini araştırmak için döngüsel voltammetri ve kronoformtri uygulayın. Bisiklet voltammetri deneylerinde, fotoakım gerilim ölçümlerinde optimum çözünürlükler için saniyede 218 milivolt ile saniyede 235 milivolt arasında iki potansiyostat için tbmkasyon oranları ayarlayın. Gümüş-gümüş klorür referans elektrot karşı negatif 0,3 volt 0,25 volt voltaj aralıkları kullanın.İlk potansiyeli 0,2 volt verus gümüş-gümüş klorür referans elektrodu ve gümüş-gümüş klorür referans elektrot karşı 0,2 volt bir bitirme potansiyeli istihdam. Kronoformetrik ölçümde, numune tarafından üretilen fotoakımı kaydetmek için oluşturulan mikroyerçekimi ortamının zaman ölçeğini 9,3 saniye kullanın. Üretilen fotoakımı karşılaştırmak için negatif 0,3 volt luk potansiyel aralıkları negatif 0,6 volta karşı gümüş-gümüş klorür referans elektrotuna uygulayın.Üç tbmm döngüsü çalıştırın. Kaydedilen fotoakım gerilim ölçümlerini karşılaştırmak için, analiz için her deneyin ikinci tarar döngüsünü yapın. Kapsülü yavaşlama kabından aldıktan sonra kapsül koruma kalkanını çıkarın.Pnömatik stative örnekleri çıkarın, ultra saf su ile durulayın ve nazik azot akısı altında kurulayın. Optik ve spektroskopik incelemeler yapılana kadar azot atmosferi altında saklayın. Dokunma modu atomik kuvvet mikroskobu P-tipi indiyum fosfat yüzeyinin modifikasyon öncesi, brom /metanol çözeltisi aşındırma sonra, ve hidroklorik asit elektrokimyasal bisiklet sonra gravür prosedürü göstermek gravür prosedürü yüzeyde kalan yerli oksit kaldırır.Hidroklorik asitteki elektrokimyasal bisiklet, P-tipi indiyum fosfatın 0,56 volttan 0,69 volta düz bant kayması ile birlikte hücre performansının dolgu faktöründe önemli bir artışa neden olur. P-tipi indiyum fosfat substratı üzerinde biriken polistiren partikül monotabakası ve rodyum birikimi ve polistiren partiküllerinin çıkarılmasından sonra yüzey AFM topografyası ile gösterilir. Gölge nanosphere litografisinin uygulanması, metalik saydam rodyum filminde homojen bir delik dizisi ne kadar nanoboyutlu iki boyutlu periyodik rodyum yapısı ile sonuçlanır.Yüksek çözünürlüklü AFM görüntü rodyum tanınabilir taneleri ile altıgen birim hücre yapısını göstermektedir. Elektrot yüzeyindeki üç noktanın yükseklik profili, rodyum kafesinin p-tipi indiyum fosfat yüzeyinde homojen bir şekilde dağıldığını ve yaklaşık 10 nanometre yüksekliğinde katalitik bir tabaka oluşturduğunu göstermektedir. Karasal ve mikroyerçekimi ortamlarında nanoyapılı P tipi indiyum fosfat lı rodyum fotoelektrotların fotoakım gerilim özellikleri ve kronoforometrik ölçümleri önemli farklılıklar göstermemektedir.En önemlisi, aslında damla kapsül kapatmadan önce, sıkılmış değil gevşek vida ve kabloları çıkarın. Kalan vidalar serbest düşüş sırasında deneysel kurulumu ve aletleri yok edebilir. rodyum, bir farklı elektrokatalitik nanoyapılar farklı verimlilik koşulları ile sonuçlanan sonuçlar olabilir.Bu büyük olasılıkla mikroyerçekimi ortamlarında aynı durumdur. Mikroyerçekimi ortamında verimli fotoelektrokimyasal hidrojen üretiminin gösterilmesi uzayda oksijen ve güneş yakıtları üretimi için yeni yollar açar ve uzun vadeli uzay yolculuğunun gerçekleşmesine katkıda bulunabilir.

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

İnce tabaka kromatografi (TLC) Ayırımı ve bitki özleri Biyodenemeler Antimikrobiyal Bileşikler tanımak

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

Deneysel Yöntemlerle ve yüksek Siderophile Eleman kapsama alınan terimler bastır için Protokolün: Yüksek Basınç ve Sıcaklık metal-silikat bölümleme

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

Reaktif Gözenekli Malzemelerin Saflaştırılması Süperkritik Azot İşleme

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

Verimli Yüksek Sıcaklık Kimyası İçin Denge Dışı Mikrodalga Plazma

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

Film Oluşumunda Hybrid Perovskit Fabrikasyon Yöntemleri, Elektronik Yapısı ve Güneş Pili Performans Etkisi

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

Ayıklama ve çözümleme katekoiamin nörotransmitter ve onların metabolitleri yüksek basınçlı sıvı Kromatografi ile uygun bir yöntem

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

Anahtar Sb2S3performansını etkileyen faktörler-güneş hücreleri bir Sb2S3 ifade ile SbCl3sırasında sensitize-Tioüre karmaşık çözüm-işleme

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

Çözüm işlenen "Gümüş-bizmut-iyot" Üçlü ince filmler için kurşunsuz fotovoltaik emiciler

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 ve gümüş nano tanecikleri onun azaltılması biyo-ilham Polydopamine yüzey modifikasyonu

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 Film Hazırlık UO2 ifade doğru akım fışkırtması ve art arda gelen oksidasyon ve Redüksiyon atomik oksijen ve Atomik hidrojen ile üzerinden

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 ...