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Notre atmosphère sur Terre se forme par photosynthèse oxygénienne, un procédé vieux de 2,3 milliards d'années qui convertit l'énergie solaire en hydrocarbures riches en énergie, libérant de l'oxygène comme sous-produit et utilisant l'eau et le CO2 comme substrats. Actuellement, les systèmes photosynthétiques artificiels suivant le concept de l'énergie Z-scheme de catalyse et de transfert de charge dans la photosynthèse naturelle sont réalisés dans les systèmes semi-conducteurs-électrocatalyseurs, montrant jusqu'ici une efficacité de conversion solaire-hydrogène de 19 %1,2,3. Dans ces systèmes, les matériaux semi-conducteurs sont utilisés comme absorbeurs de lumière qui sont recouverts d'une mince couche transparente d'électrocatalyseurs4. La recherche intense dans ce domaine est favorisée par la recherche mondiale de systèmes d'énergie renouvelable avec de l'hydrogène et des hydrocarbures à longue chaîne, ce qui fait d'excellents candidats pour un approvisionnement en carburantde de remplacement. Des obstacles similaires sont également rencontrés sur les missions spatiales à long terme, où un réapprovisionnement des ressources de la Terre n'est pas possible. Un matériel de survie fiable est nécessaire, utilisant une unité efficace de revitalisation de l'air fournissant environ 310 kg d'oxygène par membre d'équipage par an, ne tenant pas compte des activités extravéhiculaires5. Un dispositif de fractionnement de l'eau solaire efficace, capable de produire de l'oxygène et de l'hydrogène ou de réduire le dioxyde de carbone solaire assisté et dans un système monolithique fournirait une alternative, voie plus légère aux technologies actuellement utilisées sur l'ISS: l'unité de revitalisation de l'air est composé d'un système séparé avec un électrolyseur alcalin, un concentrateur de dioxyde de carbone amine solide et un réacteur Sabatier pour la réduction de CO2.
Sans précédent, nous avons réalisé une production efficace d'hydrogène solaire dans un environnement de microgravité, fournie par un 9,3 s en chute libre à la Tour de Brême (ZARM, Allemagne)6. En utilisant p-type indium phosphide comme un semi-conducteur luminaire-absorbeur7,8 recouvert d'un électrocatalyseur de rhodium nanostructuré, nous avons surmonté le substrat et les limitations de transfert de masse du produit à et à partir de la surface de photoélectrode, qui est un obstacle dans les environnements de gravité réduite en raison de l'absence de flottabilité9,10. L'application de la lithographie de la nanosphère d'ombre11,12 directement sur la surface du photoélectrode a permis la formation de « points chauds » catalytiques du rhodium, ce qui a empêché la coalescence de la bulle de gaz d'hydrogène et la formation d'une couche de mousse à proximité de la surface de l'électrode.
Ici, nous fournissons des détails expérimentaux de la préparation de photoélectrode de p-InP comprenant la gravure et le conditionnement de surface, suivis de l'application de la lithographie de nanosphère d'ombre sur la surface d'électrode et de la photoélectrodposition du rhodium nanoparticules à travers les sphères de polystyrène. En outre, la configuration expérimentale dans la capsule de chute à la tour de brême est décrite et les détails de la séquence expérimentale au cours de la 9.3 s de chute libre sont fournis. L'échantillon de versement et de manipulation avant et après chaque goutte sont décrits ainsi que la préparation de la capsule de chute et de son équipement pour faire fonctionner les sources d'éclairage, les potentiostats, les commandes d'obturateur et les caméras vidéo sur commande.