מאמר שיטה

ניסיוני שיטות ייצור יעיל מימן סולארית בסביבה מיקרוגרביטציה

DOI:

10.3791/59122

⸱

3 בדצמבר 2019

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Division of Chemistry and Chemical Engineering, California Institute of Technology, 2European Space Agency/ ESTEC, 3Department of Physics, Freie Universitat Berlin, 4Applied Physics and Sensors, Brandenburg University of Technology Cottbus, 5Resnick Sustainability Institute, California Institute of Technology, 6NG Next, Northrop Grumman Corporation, 7Division of Engineering and Applied Science and Joint Center for Artificial Photosynthesis, California Institute of Technology, 8International Academy of Optoelectronics at Zhaoqing, South China Normal University

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. הכנת פוטואלקטרודות p-InP

  1. 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.
  2. החל הדבק Ag לצרף את הקשר ohmic לחוט דק מצופה Cu. הפתיל חוט לצינור זכוכית, כתוב את המדגם לאטום אותו צינור זכוכית באמצעות אפוקסי שחור, עמיד כימי.
  3. על מנת להסיר תחמוצות יליד, לחרוט את 0.5 ס מ2 פנים אינדיום מלוטש של p-inp עבור 30 s ב 10 מ ל של ברום/מתנול פתרון (0.05% w/v), לשטוף את פני השטח עם אתנול ו באולטרסאונד מים עבור 10 s כל אחד יבש את המדגם תחת שטף חנקן. הכינו את הפתרונות ממים באולטרטהורים וכימיקלים אנליטיים עם רמת טומאה אורגנית מתחת 50 ppb.
    התראה: ברום גורם לרעילות חריפה בעת שאיפת העור, קורוזיה ורעילות מימיים חריפה. לובשים ציוד הגנה כגון: כוסות בטיחות, כפפות וחלוק מעבדה. . תעבוד מתחת למכסה המנוע מתנול הוא דליק, גורם רעילות חריפה (דרך הפה, העורי והאינהלציה) והוא ידוע לגרום מסוים רעילות איברים היעד. לובשים ציוד הגנה כגון: משקפי בטיחות, כפפות וחלוק מעבדה. . תעבוד מתחת למכסה המנוע
  4. לאחר מכן, מצב האלקטרודות p-InP כימית בסדר סטנדרטי של שלוש האלקטרודה. השתמש תא זכוכית בורוסיליקט עם חלון קוורץ כמו תא פוטוכימי כדי להאיר את המדגם עם אור לבן הלוגן טונגסטן מנורה (100 mW/cm2) במהלך ההליך.
  5. התאימו את עוצמת האור בעזרת פוטודיודה מכוילת סיליקון.
  6. להכין פתרון הHCl 0.5 M ולטהר אותו בתא פוטוכימי עם חנקן של 5.0 טוהר עבור 15 דקות.
  7. השימוש באופניים הפוטנציאל בין-0.44 V und + 0.31 V בקצב סריקה של 50 mV s-1 עבור 50 מחזורים למצב פוטואלקטרוכימית המדגם תחת תאורה רציפה.
    התראה: חומצה הידרוכלורית גורמת לנזק בעיניים חמורות, העור קורוזיה וזה מזיק מתכות. יתרה מזאת, היא מחזיקה רעילות מטרה ספציפית לאיברים לאחר חשיפה אחת. לובשים ציוד הגנה כגון: משקפי בטיחות, כפפות וחלוק מעבדה. . תעבוד מתחת למכסה המנוע

2. ייצור מבנים ננו-ברודיום

  1. מעסיקים ליתוגרפיה ננו-ספירה (snl)11,12 עבור היווצרות של מבנים ננו ברודיום על photoelectrode p-inp. כדי ליצור את מסיכות פוליסטירן על אלקטרודה p-InP, להשיג מונו מפוזרים חרוזים של פוליסטירן (PS) בגודל 784 ננומטר בריכוז של 5% (w/v) ולפזר אותם במים באולטרטהורים.
  2. כדי להשיג את הנפח הסופי של 600 μL, לערבב 300 μL של נפיצה חרוז בקלקר עם 300 μL של אתנול המכיל 1% (w/v) יריעות ו 0.1% חומצה גופרתית (v/v).
  3. החילו את התמיסה על משטח המים בעזרת מפית פסטר עם קצה מעוקל. כדי להגדיל את האזור של המבנים המונרישיים, הפוך את צלחת פטרי בעדינות. הפיצו בקפידה את הפתרון לכיסוי 50% מממשק מי האוויר באמצעות מונאולייר. השאירו מקום להרפיה והימנעו מיצירת סדקים בסריג במהלך צעדי ההכנה הבאים.
  4. להגן על חוט התיל של אלקטרודות p-InP ממוזג כימית עם parafilm. הניחו אותם בעדינות תחת מסיכת הספירה הדחוסה הארוזה של PS כדור על ידי הקלטה בזהירות לשקופית מיקרוסקופ, מניעת הדגימות מסתובבת. הסירו בעדינות את שרידי המים בעזרת פיפטה והתאיידות, וגרמו למסכה להיות מופקד לאחר מכן על משטח האלקטרודה.
  5. להוציא את האלקטרודה מתוך צלחת פטרי ויבש בעדינות את המשטח עם N2. אחסן את האלקטרודה מתחת לחנקן עד לתצהיר ברודיום (למשל, בdesiccator).
    הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן עד שבוע אחד.

3. פוטואלקטונדפוזיציה של ברודיום חלקיקים

  1. עבור הפקדה פוטואלקטרוכימי של חלקיקי רודיום דרך מסיכת ה-PS sphere, מניחים את האלקטרודה בתמיסה אלקטרוליט המכילה 5 מ"מ RhCl3, 0.5 M הנאל ו 0.5% (v/v) 2-propanol ולהחיל פוטנציאל קבוע של vdep = + 0.01 v עבור 5 בתוך תאורה בו עם מנורה W-I (100 mW/ מפרט אלקטרוכימי כגון תא אלקטרוכימי, הפניה ואלקטרודה נגדית זהים לנוהל המיזוג הפוטוכימי.
  2. לשטוף את הפוטואלקטרודה עם מים באולטרטהורים ולייבש אותו תחת זרימה עדינה של N2.
  3. כדי להסיר את ה-PS-ספירות ממשטח האלקטרודה, הניחו את האלקטרודות ל -20 דקות תחת ערבוב עדין בגביע עם 10 מ ל של טולואן (האלקטרודה צריכה להיות מכוסה בטולין). לאחר מכן, לשטוף את האלקטרודה עם אצטון ואתנול עבור 20 s כל אחד.
  4. הסרת פחמן שיורית מהמשטח על ידי O2-פלזמה ניקוי עבור 6 דקות בלחץ על התהליך של 0.16 mbar, 65 W ו גז תזרים של O2 ו Ar של 2 sccm ו 1 sccm, בהתאמה.
  5. הכינו את הדגימות עד שבוע לפני בדיקות במגדל הצניחה ולאחסן אותם עד הניסויים תחת N2 אווירה בחושך (למשל, בשקית כפפה או desiccator).
    הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן כ-1-2 שבועות.

4. ניסויים פוטואלקטרוכימי במיקרוגרביטציה

  1. לניסויים בסביבת מיקרו-כבידה, צרו קשר עם אחד ממתקני מגדל הצניחה העיקריים (לדוגמה, מרכז טכנולוגיית החלל המוחלת ומיקרוגרביטציה (ZARM), ברמן גרמניה).
    הערה: על-ידי שימוש במערכת מעוט, 9.3 s של סביבת מיקרו-כבידה ניתן ליצור ב ZARM עם מינימום התקרב g-רמה של כ 10-6 m · s-2 13. מערכת ידראולית בוכנה מבוקרת פניאומטית משמשת להפעלת כמוסת השחרור (איור 1א) מעל לתחתית המגדל. הקפסולה היא להאט שוב במיכל אשר ממוקם על מערכת גליל בזמן נפילה חופשית.
  2. השתמש בשני תאים פוטואלקטרוכימי (מילוי הנפח של כל תא: 250 mL) עבור הניסויים בפוטואלקטרוכימי כדי לבצע שני ניסויים בסביבת מיקרו-כבידה במקביל. החלק הקדמי של כל תא צריך להיות מורכב חלון קוורץ אופטי זכוכית (קוטר: 16 מ"מ) להאיר את האלקטרודה עובד (ראה איור 1ב).
  3. להעסיק הסדר שלוש אלקטרודה בכל תא עבור מדידות פוטואלקטרוכימי עם אלקטרודה מונה Pt ו Ag/AgCl (3 M KCl) התייחסות אלקטרודה בתוך השולחן4 (1 m). הוסף 1% (v/v) איזופנול לאלקטרוליט על מנת להפחית את המתח פני השטח ולשפר את שחרור בועת הגז. השתמש מקור אור לבן W-I להאיר כל תא תא דרך החלונות האופטיים.
    התראה: חומצה perchloric מרוכזת הוא אוקסידיזר חזק. מלחים אורגניים, מתכתיים ושאינם אורגניים הנוצרים מפני חמצון רגישים להלם ומהווים סכנת התפוצצות גדולה ומדליקה. תלבש משקפי בטיחות, כפפות. וחלוק מעבדה מגן לעבוד מתחת למכסה המנוע ולמזער את זמן אחסון הספסל העליון.
  4. עבור חקירות בועות גז, לצרף שתי מצלמות לכל תא באמצעות מראות אופטיים ומפצלים (למשל, מצלמת צבע בחזית ומצלמה מונוכרומטי בצד, ראה איור 1) כדי להקליט את האבולוציה של בועת הגז במהלך נפילה חופשית של הניסוי. עבור כל שחרור, אחסן את הנתונים המוקלטת במחשב לוח מוכלל בקפסולת השחרור. הקלטת תמונות בודדות בקצב מסגרות של (למשל, 25 fps (מצלמה צבעונית) ו-60 fps (מצלמה מונוכרומטי)).
  5. כמוסת השחרור מצוידת במספר לוחות (איור 1). הר הגדרת פוטואלקטרוכימי ואת המצלמות על לוח אופטי ולצרף אותו לאחד הלוחות האמצעיים בקפסולה. השתמש בלוחות הנותרים עבור התשלום של ציוד נוסף כגון פוטנציאל, מקורות אור, בקרות תריס ומחשב הלוח. צרף אספקת סוללה בלוח התחתון של הקפסולה כדי להפעיל את ההגדרה במהלך נפילה חופשית (איור 1).
  6. כתוב רצף שחרור אוטומטי עבור הצעדים ניסיוני אשר צריך להיות נשלט ומבוצע בסביבה מיקרו כבידה. יש להתחיל את התוכנית לפני כל טיפה. לאחר שהגיע לסביבה המיקרוגרוטציה, הרצף צריך להתחיל באופן אוטומטי מצלמות, מקורות תאורה וניסוי אלקטרוכימי במשך ה9.3 המאוחרות, תוך שהוא מאחד בו את האלקטרודה העובדת לאלקטרוליט באמצעות מערכת פניאומטית (ראה איור 1, טבלה 1).
  7. חקירת ייצור מימן בסיוע קל על דגימות במדידות פוטואלקטרוקליות (למשל, מחזורי וולטממטריה וchronoamperometry).
    1. לשלוט על הפרמטרים אלקטרוכימי על ידי שני הפוטנציאל בתוך הקפסולה. לרזולוציות אופטימליות ב-J-V מדידות, להשתמש בשערי הסריקה (דה/dt) של 218 mV/s כדי 235 mV/s כדי להפעיל 3 מחזורי סריקה בניסויים הוולטממטריה רכיבה על אופניים, באמצעות טווחי מתח של + 0.25 V ל-0.3 V vs Ag/agcl (3 M kcl). להעסיק את הפוטנציאל הראשוני, Ei = + 0.2 V Vs Ag/Agcl (3 m kcl) ואת הפוטנציאל הסופי, Ef = + 0.2 V Vs Ag/agcl (3 M kcl). כדי להשוות בין מדידות ה-J-V המוקלטות, קחו את מחזור הסריקה השני של כל ניסוי לניתוח.
    2. במדידות chronoamperometric, השתמש בסרגל הזמן של הסביבה המיקרוגרוטציה, 9.3 s, כדי להקליט את photocurrent המיוצר על ידי המדגם. החל טווחים פוטנציאליים של-0.3 V ל-0.6 V vs Ag/agcl (3 M kcl) כדי להשוות את זרמי הפוטו המיוצרים.
  8. בסוף כל טיפה, כאשר קפסולת השחרור מאטה שוב למהירות אפס, השתמש ברצף השחרור כדי לאפשר להסיר את הדגימה מהאלקטרוליט והמצלמות, הפוטנציאל ומקורות התאורה כבויים.
  9. לאחר אחזור הקפסולה ממיכל ההאטה, הסר את מגן הגנת הקפסולה. להסיר את הדגימות מתוך הזרם הפניאומטי, לשטוף אותם עם מים באולטרטהורים ולייבש אותם תחת השטף חנקן עדין. לאחסן אותם באווירה N2 עד החקירות האופטיות והספקטרוסקופיות מתבצעות.
  10. להחליף את האלקטרוליט בשני התאים, להבטיח את התפקוד של כל המכשירים לפני לצייד את התאים עם דגימות חדשות ולהכין את הקפסולה לניסוי טיפה אחר.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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 (איור 2) ומרכיבה אלקטרוכימי ב-HCl גורמת לעלייה משמעותית במקדם המילוי של ביצועי התא, מלווה במעבר פס שטוח של p-inp מ + 0.56 v ל-+ 0.69 v

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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 הומוגנית של כדורי PS על מצע האלקטרודה, חשוב ליצור מסכה רציפה של כדורי PS על משטח המים אשר ניתן לצפות כסרט רציף, רפלקטיבי. לאחר שנוצרת המסכה, הצעד העוקב אחר ההצהרה של רודיום לאחר מכן צריך ללכת ב2-3 h. התוצאות הטובות ביותר עבור המ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

. למחברים אין מה לגלות

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
12.7 מ"מ XZ Dovetail Translation Stage עם לוחית בסיס, ברזים M4 (4 x)ThorlabsDT12XZ / M
מפצלי קרן (2 x)ThorlabsCM1-BS01350:50 400-700 ננומטר
מפצלי קרן (2 x)ThorlabsCM1-BS01450:50 700-1100 ננומטר
מגע אחורי אוהמי: 4 ננומטר Au, 80 ננומטר Zn, 150 ננומטר AuOut e.V., ברלין, גרמניהhttps://www.out-ev.de/english/index.htmlהחברה מספקת מגעי גב אוהמיים בהתאמה אישית
צינור זכוכית, כ. 10 ס"מ, קוטר פנימי כ -4 מ"מלמשל, Gaß ner Glasstechnik
פרוסות p-InP בהתאמה אישית, כיוון 111A, ריכוז סימום Zn: 5 x 10^17 ס"מ^-3AXT Inc. Geo Semiconductor Ltd. שוויץ
תא פוטואלקטרוכימי בהתאמה אישית לניסויים יבשתייםלמשל, סדנתבהתאמה אישית
Matrox 4Sight GPm (מחשב לוח)הדמייתMatroxIvy Bridge, 7 x כבל Ace כוח I/O HRS 6p, פתוח 10 מ', מתאם מתח ל-Matrox 4sight GPm, Samsung 850 Pro 2,5 אינץ' 1 TB, כונן מצב מוצק בתמורה לכונן הקשיח 250Gb
2-propanol Sigma AldrichI9516-500ML
35 מ"מ Kowa LM35HC 1 אינץ' חיישן F1.4 C-mount (2 x)Basler AG
AcetoneSigma Aldrich650501-1L
Ag/AgCl (3 M KCl) אלקטרודתייחוסWPIDRIREF-5
לוח לחם אלומיניום, 450 מ"מ x 450 מ"מ x 12.7 מ"מ, ברזים M6 (2 x)ThorlabsMB4545/M
, 100 מ"לVWR10754-948
אלקטרו-סיכהאפוקסי שחורER2162
ברוםסיגמא אולדריץ'1.01945 EMD Millipore
מצלמה צבעונית (2 x)Basler AGacA2040-25gc
אפוקסי כסף מוליךMG Chemicals8331-14G
חוטי נחושתלמשל, Sigma Aldrich349224-150CM
אתנולSigma Aldrich459844-500ML
צינורות בז, 15 מ"לVWR62406-200
שקיות כפפותSigma AldrichZ530212
חומצה הידרוכלורית (1 מ')Sigma Aldrichמערבל מגנטי H9892
VWR97042-626
מתנולסיגמא אולדריץ'34860-100ML-R
שקופיות מיקרוסקופVWR82003-414
מצלמת NIR
Ø 1 אינץ' צינורות עדשה הניתנים לערמה (6 x)ThorlabsSM1L03
O2 מתקן
OEM אוגן לחוט SM מתאמי חוט (4 x)ThorlabsSM1F2
ParafilmVWR52858-000
פסטר פיפטהVWR14672-380
חומצה פרכלורית (1 מ')סיגמא אולדריץ'311421-50ML
צלחת פטריVWR75845-546
תא פוטואלקטרוכימי לניסויי מיקרו-כבידהלמשל, סדנת
חלקיקי פוליסטירן, 784 ננומטר, 5% (w/v)מיקרו-חלקיקים GmbH0.1-0.99 ומיקרו; גודל m (50 מ"ג/מ"ל): 10 מ"ל, 15 מ"ל, 50 מ"ל
פוטנציוסטטים (2 x)BiologicSP-200/300
Pt אלקטרודה נגדיתALS-Japan12961
רודיום (III) כלורידסיגמא אולדריץ'520772-1G
מערכת בקרת תריס (2 x)
פוטודיודה ייחוס סיליקוןThorlabsFDS1010
נתרן כלורידסיגמא אולדריץ'567440-500GM
מעמדים ומוטות לקיבוע המצלמותVWR
חומצה גופרתית (0.5 מ')סיגמא אולדריץ'339741-100ML
טלצנטרי ברזולוציה גבוהה סוג סדרת WD110 סוג MML1-HR110Basler AG
טולואןסיגמא אולדריץ'244511-100ML
כוסות ומיכלים רזרביים שונים לשאריות חומצה פרכלורית וכו 'למגדל הנפילהVWR
W-I עם מובילי אור (2 x)אופטיקה אדמונדדולן-ג'נר MI-150 תאורת
CM-12 מיקרוסקופ אלקטרונים עם עדשת אובייקט כפולה, מערכת מצלמת CCD (גאטן) וספקטרוסקופיה מפזרת אנרגיה של מערכת קרני רנטגן (EDS)פיליפס
Dimension Icon AFM, קצות ScanAsyst-Air סימטריים מסובבים (סיליקון ניטריד), רדיוס קצה נומינלי של 2 ננומטרBruker
זכוכית / חומרים מים MilliQ (2 x) Basler AG acA1300-60gm חנקן, כיתה 5N Airgas NI UHP300 פלזמהזכוכית / חומרים מנורת סיבים אופטיים

מקורות

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

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

Solar Hydrogen ProductionMicrogravity EnvironmentPhotoelectrochemical Water SplittingP type Indium PhosphideRhodium ElectrocatalystShadow Nanosphere LithographyBremen Drop TowerGas Bubble DetachmentCyclic VoltammetryAtomic Force Microscopy

מאמרים קשורים