Name: dye-sensitized solar cells and light capture
Uploaded: 2023-04-30T06:54:00.000Z
Duration: 10 min 30 s
Channel: JoVE

K12 Standards

north-carolina-k-12-science-standard-course-of-study

North Carolina K-12 Science Standard Course of Study

9-12

Earth and Environmental Science

Earth and Human Activity

ESS.EES.5.4

Dye-sensitized Solar Cells

1. TiO2ペーストの準備
<ol><li>質量コロイドの TiO2粉末 6 g とすり鉢で配置。</li>
	<li>慎重に TiO2酢の 2-3 mL を追加し、均一なペーストが得られるまで、懸濁液を杵に研削を開始します。研削粉の集合塊を破るに提供しています。</li>
	<li>酢の追加を続けます 〜 1 mL を研削中、までインクリメント 〜 9 mL の総数。追加するたびに、前に貼り付けの一貫性は制服としこりの無料をする必要があります。最終的なペーストは、厚いが、ないので、それがドロッパー ボトルから締め出されることができない厚さにする必要があります。</li>
	<li>1 mL の蒸留水に皿の石鹸の 1 滴を加える、優しく混ぜます。</li>
	<li>TiO2懸濁液に皿の石鹸液を追加し、優しくミックス、気泡を生成しないように注意してください。</li>
	<li>15 分間平衡に懸濁液を許可します。食器用洗剤は、界面活性剤、懸濁液をより容易にするために、ガラス基板上に均一な膜に 。</li>
</ol>2. ティオ2ガラスの成膜
<ol><li>2 つの導電性ガラス スライドをきれいに。エタノールとキムワイプを浸漬し、きれいな 2 つの導電性ガラスを拭くために使用します。新鮮なキムワイプにきれいなスライドを配置します。</li>
	<li>導電性ガラスのどちら側を確認します。オームに設定、マルチメータを使用すると、タッチ スクリーンの両方は、ガラスの一方の側に します。10 と 30 の Ω 間の読書を観察すると、導電性の側です。0 Ω の読書は、非導べ電性の側を表します。</li>
	<li>スライドをマスクします。導電性面をその他の導電面を上と 1 つのガラス スライドを置きます。注意深く触れてスライドを保持、ベンチ上にスライド ガラスをテープします。テープを貼ることを確認、スライドの 4 つの側面の 3 つ ~ 5-8 mm のスライド (図 4) の 3 つの側面の各テープで覆われています。空気の泡がないことを確認するテープをしっかりと押します。</li>
	<li>TiO2ペーストを適用します。ガラス棒を使用して、スライドのマスクの上端間で貼り付けの細い線を適用します。慎重にバックアップ ロールのスライドの長さをペーストし、ガラス棒を使用します。2-3 x、ロッドを持ち上げることがなく、均一な膜が得られるまでこの運動を繰り返します。<ol>
<li>単に映画が一様ではない場合、キムワイプで拭き取って、エタノール、ガラスをきれい、一度乾燥し、再度実行してください。</li>
	</ol>
</li>
	<li>少し乾燥する映画を許可し、ガラスからテープを慎重に取り外します。TiO2フィルムとスライドは、導電性側する必要があります。他のスライドをきれいにし、後で使用できます。</li>
	<li>TiO2フィルムをアニールします。450 ° c. に設定されているホット プレート上スライド (TiO2側を) を慎重に配置します。TiO2紫/ブラウン色に暗く、その白い色を取り戻すように見.この時点で、ホット プレートを切り、ゆっくりと冷却するフィルムを許可します。スライドを余りにすぐに冷却すると場合、は、亀裂や破損がありますそれ。</li>
	<li>定規で、フィルムで覆われている面積を測定し、この値に注意してください。</li>
</ol><img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/10328/10328fig4.jpg"> 図 4.TiO2ガラスの蒸着。
3. 染色染料による TiO2映画
<ol><li>すり鉢でいくつかブラックベリーやラズベリー、チェリーを配置し、杵でそれらを粉砕します。</li>
	<li>コーヒー フィルターを介して、ペトリ皿にソリューションをフィルターします。ジュースに数 mL の水を追加する必要があります。</li>
	<li>ペトリ皿の中冷却 TiO2フィルム、面側を置きます。ない任意の TiO2消すように注意します。色素膜に吸着するを許可します。これは数分をかかる場合があります。</li>
	<li>フィルムが完全に被覆される (濃い赤または紫にする必要がありますそれと白い斑点がない)、スライドをトングで持ち上げて (注意するだけで厳しいがガラスとフィルムではない)、水とし、エタノールを使用してスライドをすすいでください。しみ、キムワイプでフィルム乾燥しすぐに使用します。<ol>
<li>すぐに使用しない場合その後、ph 3-5、酢酸を含むペトリ皿に映画を保存カバー蓋付き皿とホイルで包みます。</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. カウンター電極を準備します。
<ol><li>導電性からすの別のスライドを使用して、2.1 2.2 の手順に従います。</li>
	<li>導電性の側に炭素触媒を適用します。ピンセットを使用して、スライド、導電性の側面を押し、ブンゼン バーナーの先端の上。すす収集表面全体が、もはや 30 以上のため、スライドを動かす s。スライドを冷ます、綿棒を使ってスライドの 1 つの側面に沿ってすすを拭いてください。<ol>
<li>また、HB の鉛筆を使用して、黒鉛の導電性表面の全体をカバーします。これは、パフォーマンスが低く 1 つのより堅牢な電極を提供します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. 太陽電池を組み立てる
<ol><li>染色フィルムを乾燥させます。エタノールでリンスし、キムワイプの上に置きます。優しくしみ 2 番目キムワイプが付いているフィルム。映画は、乾燥していない電解質溶液に影響を与える必要があります。</li>
	<li>電極フィルム面まで、やさしく上 (炭素フェイス ダウン) 炭素被覆電極を場所します。必ず両方の電極の露出した部分をワイヤーにクリップできますので、スライドをオフセットしてください。オフセットのガラスに隣接する両側の 2 つのバインダー クリップを配置します。</li>
	<li>スライドの 1 つの端に沿って電解質溶液を数滴を置き、慎重に開く/閉じるセルの各側交互開閉バインダー クリップで。染色領域のすべては電解質溶液との接触があることを確認し、必要に応じて手順 5.2.</li>
	<li>キムワイプおよびエタノールを使用して露出された区域から余分な電解液を拭き取る。</li>
	<li>太陽電池の 2 つの露出された側面にワニ口クリップを固定します。</li>
</ol>6. 電池の性能の測定
注: 理想的には、これらの測定値は、外で実行します。しかし、天候はないがハロゲン ランプを使用して実行できます。すべての測定は、同一条件の下で実行されるので、セルのない動きでされるべきであります。
<ol><li>TiO2フィルムは太陽に向かって直面しているので、セルの向きを必ずし、セルの上ポリカーボネート カバーを配置します。これは、紫外線によるダメージから細胞を保護します。</li>
	<li>否定的な電極を接続 (TiO2-ガラス コーティング)、マルチメータ、デジタルマルチメータ (図 5) のプラス線に肯定的な電極 (C) の負のワイヤーに。</li>
	<li>ボルトのマルチメータを設定し、電圧を測定します。これは、開回路電位 (ゼロ電流で最大電圧) です。(手またはソリッド オブジェクト) を持つセルをカバーすると、電圧が低下することを確認します。</li>
	<li>ミリ アンペア (mA) にマルチメータを設定し、最大の電流を測定します。これは、短絡電流 (ゼロ電圧最大電流) です。電流が減少することを確認する (手) と、セルをカバーします。</li>
	<li>可変負荷として 500 Ω ポテンショメータを使用して完全電流-電圧曲線を記録します。<ol>
<li>ポテンショメータのつながるは中央のタップを決定します。このリード抵抗変化させることができます。これを行うには、2 つ、ポテンショメータのリードのマルチメータ (ω に設定) を接続し、ポテンショメータの抵抗を変化させます。抵抗が変化するかどうかに注意してください。リードの他の 2 つの組み合わせでこれを繰り返します。3 つの組み合わせの 2 つの抵抗の変化を観察すべき。変更を与えた両方の組み合わせで使用されていた鉛中央タップ、他の 2 つは機能的に同じです。</li>
		<li>(右)図 5に示すように、回路を組み立てます。</li>
		<li>完全な (またはゼロ) にポテンショメータを設定抵抗と電流と電圧に注意してください。</li>
		<li>少しずつポテンショメータの抵抗を変更し、ポテンショメータの範囲全体にわたるいくつかのポイントがありますので、電流と電圧に注意してください。必ずこれらの測定セルを移動しないようにします。現在の開始を変更すると、必ず多くのデータ ポイントを収集するには少数のデータ ポイントは、それが一定に得られるかもしれない。</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 5" src="/files/ftp_upload/10328/10328fig5.jpg"> 図 5.回路図開回路電位と短絡電流 (左、6.3、6.4 の手順)、測定して - V 曲線 (右) を記録します。

このビデオは、準備と簡単な開発の分析を示した。
太陽電池より一般的になっているし、彼らの演奏を事前に行われている多くの研究があります。シリコン半導体に基づいている従来の太陽電池は、宇宙と地球上に使用されている太陽電池パネルを作るに使用されます。デンバー国際空港を作るコロラド州の日当たりの良い気候の使用し、4 つの太陽電池アレイは、空港のエネルギーの 6% を提供する必要があります。
光電は 15% まで効率で動作7伝統的な低コストの商業シリコン パネルの 14-17% の効率と比較して。光電の営業効率は、競争力のある、(Ru 色素) など材料の高コストは大規模なアプリケーションの問題です。おそらくを活かしての最大の欠点は温度変化に敏感な液体の電解質を使用。液体電解質は低温、それにより電力生産を停止および/または太陽電池パネルの構造的損傷の結果で固定できます。高温液体の電解質が広がり、やりがいのあるパネルをシールになります。

色素増感太陽電池

ソース: タマラ ・ m ・力、化学のテキサス A & M 大学
今日の現代世界には、大量のエネルギーが必要です。一方、我々 は石炭や石油などの化石燃料からのエネルギーを活用、これらのソースが再生不可能なしたがって供給は限られています。私たちのグローバルなライフ スタイルを維持するために我々 は、再生可能エネルギー源からエネルギーを抽出する必要があります。最も有望な再生可能エネルギー源、豊かさの面では、完全に私たちの惑星上の何回も燃料に十分すぎるほどの太陽エネルギーは、太陽です。
太陽からエネルギーを抽出するにはどのように我々?自然はそれを把握する最初: 光合成は、植物が水と二酸化炭素を炭水化物と酸素に変換という過程。このプロセスは植物の葉で発生し、葉のグリーン色のクロロフィル顔料に依存しています。これは化学反応を駆動するエネルギーを吸収され、太陽光からエネルギーを吸収するこれらの着色分子です。
1839 年には、エドモンド ベクレル、19 歳フランス物理学者彼の父の研究室での実験は、最初の太陽電池を作成されます。彼は電圧を生成した白金電極に接続され、現在は銀の塩化物の酸性溶液を照らされました。1は、多くの発見や進歩は後半 19回前半の 20th世紀で行われた、最初の実用的な太陽電池は、ベル研究所によって建てられた 1954 年にだけだった。1950 年代以降、太陽電池は、衛星の電源に使用されました。2
太陽電池は、電流を作成する光を利用する電気機器です。このビデオは、準備と電池、色素増感太陽電池 (開発) のようなの 1 つのタイプのテストを示します。最初にカリフォルニア大学バークレー校でブライアン ・ オリーガンとマイケル Grätzel によって発明された Grätzel は、エコール連邦工科ローザンヌ スイス連邦共和国、1991 年に最初の非常に効率的な開発で最高潮に達するでこの仕事を追求しました。3植物のようなこれらの太陽電池は、太陽からハーネス エネルギーを支援するのに染料を使用します。

手順 6.5.3-6.5.4 で収集された各データ ポイントに電流密度 (mA/cm2) と電力密度 (mW/cm2) を計算します。電流密度を計算するには、手順 2.7 で決定されたフィルムの表面の面積によって電流を割ります。電力密度を計算するには、電流密度により電圧を掛けます。6.3、6.4, と 6.5.3-6.5.4 の手順でデータが収集された電圧 (mV) の電流 (mA) をプロットします。すべてのデータのボルトと電流密度をプロットします。これは曲線の「膝」に近いはずです。(撮影 800 1,000 W/m2)、受信の太陽光発電と 100% を乗算することによって、最大電力 (mW/cm2) で割って電気エネルギー変換効率に日光を決定します。
データの分析、- V カーブの準備は、電池の性能を比較する手段として太陽電池の文献で標準です。開回路電圧の測定は...

Source: Tamara M. Powers, Department of Chemistry, Texas A&#38;M University
Today&#39;s modern world requires the use of a large amount of energy. While ...

色素増感太陽電池は、従来の半導体太陽電池の有望な代替品であり、近年商業的に実行可能になっています。色素増感セルは、高温で高光子入射角でも一貫した電力を独自に生成することで、その低効率を補い、低照度下ではシリコン太陽電池よりも約50%多くの電力を生成します。製造がかなり容易で、天然で豊富な植物由来の顔料を染料として使用できます。このビデオでは、色素増感太陽電池の操作方法、植物顔料を使用してラボでテストサンプルを作成する基本的な手順、およびいくつかのアプリケーションについて説明します。すべての太陽電池は、光が電子にエネルギーを供与して電流を生成する能力に依存しています。単一原子では、電子は離散的なエネルギー準位に限定されています。しかし、光子を吸収すると、電子は一時的に高いエネルギーレベルに上昇し、低いレベルに穴が残ります。2つの原子が近接しているとき、それらは互いの電子を摂動します。これにより、電子が占めることができる新しいエネルギーレベルが作成されます。原子が追加されると、より多くのエネルギー準位が形成され、最終的には高密度のエネルギーバンドに合体します。半導体では、占有されていないエネルギー準位は高エネルギー伝導帯を形成し、占有準位は低エネルギー価電子帯を形成します。エネルギー差は「バンドギャップエネルギー」として知られています。バンドギャップエネルギーを持つ光子が電子に当たると、電子は促進され、穴が残ります。電子と正孔の両方が、再結合するまで原子から原子へと伝導される可能性があります。半導体が光エネルギーを吸収する方法を見てきたので、この現象を色素増感太陽電池でどのように利用できるかを見てみましょう。シリコン太陽電池とは異なり、色素増感太陽電池は、光の吸収過程と電流伝送の過程を分離し、再結合の速度を低下させます。セルには、増感剤染料、半導体層、電解質、および2つの電極が含まれています。半導体は、アナターゼ型TiO2などの安定した誘電体です。電解質は通常、有機ヨウ化物であり、対極は耐腐食性および耐熱性の材料であり、多くの場合、白金または炭素です。半導体はメソポーラスであり、吸着した色素の単層を含んでいます。色素電子が光子によって励起されると、すぐに半導体の伝導帯に注入されます。半導体は電子を光電極に運び、次に回路に運びます。電子は対電極を介して戻り、そこで使用済み電解質が還元され、サイクルが完了します。効果的な色素は、可視スペクトル全体に応答します。初期の染料には有機ルテニウム錯体が含まれていました。これらは赤外線への高い変換を提供しますが、高価で製造が困難です。カロテノイドやアントシアニンなどの植物由来の感光性色素は、効率は劣りますが、より豊富で実用的です。以上が原則です。それでは、ラボでの基本的な操作手順を調べてみましょう。ここで示す手順により、色素増感太陽電池を、一般的な前駆体と実験室材料のみを使用して迅速に製造および試験することができます。まず、6gのアナターゼ型TiO2粉末を乳鉢に加えます。酢2〜3mLを加え、懸濁液を挽いて塊を砕きます。酢を1mL刻みで繰り返し加え、合計9mLが加えられるまで挽きます。ペーストは最終的に均一でなければなりません。次に、食器用洗剤1滴と蒸留水1mLを穏やかに混合して界面活性剤溶液を作ります。界面活性剤溶液をペーストにやさしく混ぜ、泡が出ないように注意してください。懸濁液を平衡化させますエタノールに浸した低リントワイプを使用して、2つのSnO2コーティング導電性ガラススライドを洗浄します。マルチメータを使用して、それらの導電面を見つけます。導電側の抵抗は10-30 ?である必要があります。スライドをベンチにテープで固定し、一方の導電性側を上にし、もう一方の導電性側を下にして、5〜8 mmがマスキングされ、気泡がないようにします。ガラス棒を使用して、導電面の上端に薄く均一なペーストの線を塗ります。フィルムを少し乾かし、テープをはがします。スライドをホットプレートに置き、導電性面を上にしてスライドを乾燥させます。フィルムは最初に紫褐色に暗くなり、次に白くなります。これが発生した場合は、スライドを上にしたまま、ホットプレートのスイッチを切ります。室温まで冷やした後、フィルムの表面積を記録します。対電極を準備するには、2番目の導電性スライドガラスを清掃します。カーボン触媒を導電面に塗布します。導電面をピンセットで軽い炎にかざします。すすを30秒以内に溜めます。ピンセットでスライドの向きを変え、同じ方法で残りのコーナーをすすで覆い、スライド全体が覆われていることを確認します。電極の作製ができたので、色素増感太陽電池を作製しましょう。へらを使って、ビーカーでラズベリー、ブラックベリー、チェリーを数個つぶします。次に、コーヒーフィルターを使用して溶液をペトリ皿にろ過し、必要に応じて蒸留水を数滴加えます。ピンセットを使用して、フィルムを引っ掻かないように注意しながら、光電極を導電面を下にしてペトリ皿に置きます。染色が完了したら、スライドを慎重に引き出し、白い斑点が見えないことを確認します。スライドをエタノールですすぎ、ブロットして乾かします。対電極を下にしてフィルムに置き、スライド間のオフセットを維持します。スライドの端にバインダークリップを取り付けます。端に沿って数滴の電解液を置き、バインダークリップを少し開いてフィルムに浸透させます。これで、セルを操作できる状態になりました。ハロゲンランプの下でセルの性能を測定する準備をします。光電極がハロゲンランプに面するようにセルを向きます。マルチメータを使用して、開回路電位と短絡電流を測定します。次に、セルを500??テキストプロトコルで示される回路を作成するためのポテンショメータ。ポテンショメータを介して抵抗を順次増加させ、マルチメータを使用して電圧と電流を測定します。収集されたデータは、太陽電池の太陽エネルギー変換とその太陽効率を表す電流-電圧曲線を作成するために使用されます。曲線がx軸と交差する点は開回路電圧と呼ばれ、ゼロ電流での最大電圧です。0 Vでの最大電流の点が、曲線がy軸と交差するグラフに表示されます。最大電力点(MPP)は、曲線の「膝」で発生し、太陽電池の理想的な動作のための電圧および電流条件を提供します。電流-電圧曲線のMPPは、異なる太陽電池の性能を比較する手段を提供します。この実験で測定された開回路電圧は、0.5ボルトの値と1〜2mA / cm2の短絡電位に達する可能性があります。色素増感太陽電池はニッチな用途で価値があり、このビデオのアプローチにより、新しい色素を使用した細胞の迅速なプロトタイピングが可能になります。色素増感太陽電池は、低照度下でも高出力となるため、室内光をセンサーやIDタグ、データ送信機などに再利用する「光収集」に有用です。これを達成する1つの方法は、バンドギャップ内にエネルギー準位を導入し、そこから電子が伝導帯にアップコンバートできる染料を開発することです。経験的には、これにより、1つの高エネルギー吸収が2つの低エネルギー吸収に置き換えられることにより、近赤外波長での光子から電子への変換が2倍になりました。色素増感セルは、汚染を最小限に抑え、出力を維持するためにTiO2中空ガラスマイクロスフェアを電極に追加する太陽光発電窓の製造に使用されます。この手頃な価格の製造技術には、エレクトロスピニングなどの技術を使用し、TiO2スラリーを電場にゆっくりと注入して、高性能電極用のナノファイバーを製造することができます。もう一つの製造技術はインクジェット印刷です。これは、ガラス基板上に電極を堆積するために使用され、3.5%の効率のセルを生み出しました。JoVEの色素増感太陽電池の紹介をご覧になりました。これで、色素増感細胞の操作、ラボで安価に細胞を生成する手順、およびいくつかのアプリケーションについてご理解いただけたと思います。いつものように、ご覧いただきありがとうございます!

Education

JoVE Science Education

Chemistry

化学

Inorganic Chemistry

無機化学

dye-sensitized solar cells and light capture

Dye-sensitized solar cells use a dye to capture sunlight and turn it into electrical current. They are a type of solar cell, which is an electrical device that uses light to create current. This approach is modeled on nature, where colored molecules absorb light energy and help drive chemical reactions.

The idea connects to photosynthesis in plants. In leaves, chlorophyll pigments give plants their green color and absorb sunlight to power the conversion of water and carbon dioxide into carbohydrates and oxygen. The same basic principle of light absorption helps explain how DSSCs gather energy from the sun.

The development of solar cells began long before modern devices. In 1839, Edmond Becquerel, a 19-year-old French physicist working in his father’s lab, made the first photovoltaic cell. He exposed an acidic solution of silver chloride connected to platinum electrodes, which produced a voltage and current.

Many discoveries followed in the late 19th century and the first half of the 20th century. The first practical solar cell was built by Bell Laboratories in 1954. From the 1950s onward, solar cells were also used to power satellites in space.

Dye-sensitized solar cells were first invented at UC Berkeley by Brian O’Regan and Michael Grätzel. Grätzel later continued this work at the École Polytechnique Fédérale de Lausanne in Switzerland. Their work led to the first highly efficient DSSC in 1991.

Dye-Sensitized Solar Cells and Light Capture

dye-sensitized-solar-cells-and-light-capture

synthesis of a ti(iii) metallocene using schlenk line technique

synthesis-of-a-tiiii-metallocene-using-schlenk-line-technique

Air-Free Solvent Transfer on a Schlenk Line

Schlenk line technique is a useful way to handle air- and water-sensitive chemicals. In inorganic chemistry, it is often used when compounds must be kept away from oxygen and moisture. This experiment focuses on simple Schlenk line steps, especially solvent preparation and solvent transfer. The procedure shows a new, simple method for degassing solvent, which means removing dissolved gas before use. It also demonstrates how to move solvent by cannula and by syringe on a Schlenk line. These...

glovebox and impurity sensors

Handling Air-Sensitive Samples in a Glovebox

A glovebox lets chemists handle air- and moisture-sensitive solids and liquids inside an inert atmosphere. It is a sealed box with gloves attached to one or more sides. Those gloves let the user work inside the chamber without exposing the sample to air. For inert-atmosphere work, chemists may choose a glovebox, a Schlenk setup, or high-vacuum techniques. Schlenk and especially high-vacuum methods give tighter control over the atmosphere. That makes them useful for reactions that are very...

purification of ferrocene by sublimation

Ferrocene Purification Using Sublimation

Sublimation can be used to purify ferrocene, a solid that turns directly from a solid into a gas. This phase change happens without first becoming a liquid. It occurs at temperatures and pressures lower than the compound's triple point. During sublimation, the solid is heated into the gas phase. Non-volatile impurities stay behind in the sample. The vaporized compound then cools and deposits as a solid on a cold surface. This method works for both organic and inorganic solids. In this...

the evans method

Magnetic Susceptibility in Transition Metal Complexes

Magnetic susceptibility helps reveal whether a transition metal complex has unpaired electrons. Many organic molecules are diamagnetic, which means all of their electrons are paired in bonds. In contrast, many transition metal complexes are paramagnetic and have unpaired electrons in their ground state. Hund's rule says that electrons fill orbitals of similar energy to maximize the number of unpaired electrons before they pair up. Transition metals have partially filled d-orbitals, and ligand...

single crystal and powder x-ray diffraction

single-crystal-and-powder-x-ray-diffraction

X-ray Diffraction for Crystal Structure

X-ray diffraction is used to study the structure of molecules with X-rays. In chemistry, this method is called X-ray crystallography. It is commonly done with either a single crystal or a powdered sample. Single-crystal X-ray diffraction can show the absolute structure of a compound. It reveals the exact positions of atoms, so bond lengths and bond angles can be measured. This method gives the structure inside one crystal, which may not match the bulk of the material. For that reason, other...

electron paramagnetic resonance (epr) spectroscopy

electron-paramagnetic-resonance-epr-spectroscopy

EPR for Studying Antioxidant Behavior

Electron Paramagnetic Resonance (EPR) helps students study unpaired electrons in chemical systems. EPR spectroscopy is used here to examine how dibutylhydroxy toluene, or BHT, acts as an antioxidant during the autoxidation of aliphatic aldehydes. The lesson focuses on the basic principles behind EPR and shows how this method can track radical behavior in a reaction. It also connects the technique to a real chemical example, where BHT is studied for its role in slowing autoxidation. This makes...

m&#246;ssbauer spectroscopy

Ferrocene Analysis by Mössbauer Spectroscopy

Mössbauer spectroscopy is a bulk characterization technique used to study atoms in the solid state. It examines the nuclear excitation of an atom by gamma rays. The method gives a spectrum that can reveal the oxidation state, spin state, and electronic environment around the target atom. These spectral features help build evidence about a molecule’s electronic structure and ligand arrangement, or geometry. The video explains the basic principles behind Mössbauer spectroscopy. It also shows how...

lewis acid-base interaction in ph3p-bh3

Ph3P-BH3 Adduct and Lewis Acids

Chemistry uses models to explain patterns in reactivity, and acid-base definitions have changed over time. Substances have been grouped as acids and bases since ancient Greece. Early descriptions were based on taste. Acids were sour, like lemon juice and vinegar. Bases were used to neutralize acids. The word acid comes from the Latin term for sour-tasting. The word alkaline comes from an Arabic word for roasting, linked to early ash-based bases used to make soap. A later model came from Svante...

structure of ferrocene

Ferrocene Synthesis and Electron Count

Ferrocene synthesis and electron count are the focus of this high school chemistry experiment. Ferrocene is an organometallic compound, which means it contains a metal bonded to carbon-based groups. It was first reported in 1951 by Kealy and Pauson in Nature. The early structure for ferrocene placed the iron atom in a simple sigma bond to one carbon atom on each cyclopentadiene ligand. A later model from Wilkinson and Woodward described a sandwich shape, with iron between two cyclopentadiene...

application of group theory to ir spectroscopy

application-of-group-theory-to-ir-spectroscopy

IR Spectroscopy of Metal Carbonyl Isomers

Infrared spectroscopy of metal carbonyl isomers shows how symmetry can help identify a complex. Metal carbonyl complexes are useful metal precursors for making organometallic complexes and catalysts. IR spectroscopy is one of the most useful ways to study compounds that contain CO groups. Group theory is the use of mathematics to describe molecular symmetry. It can be used to predict how many IR-active C-O vibrational modes a molecule should have. The number of C-O stretches seen in an IR...

molecular orbital (mo) theory

Geometry of Ni and Pd dppf Complexes

Nickel and palladium dppf complexes are the focus of this chemistry protocol. It guides the synthesis of two metal complexes that contain the ligand 1,1'-bis(diphenylphosphino)ferrocene, or dppf. The compounds are M(dppf)Cl2, where M is Ni or Pd. Both metal complexes are four-coordinate, meaning each metal center is bonded to four groups. Even so, they do not share the same geometry at the metal center. Molecular orbital, or MO, theory is used together with 1H NMR and the Evans method to...

quadruply metal-metal bonded paddlewheels

quadruply-metal-metal-bonded-paddlewheels

Synthesizing a Mo2 Quadruple-Bond Complex

Paddlewheel complexes are coordination compounds made from two transition metal ions held close together by four bridging ligands. The metals can come from the 1st, 2nd, or 3rd row of transition metals. The bridging ligands are most often formamidinates or carboxylates. Changing the metal ion or the bridging ligand gives many different paddlewheel complexes. Their close structure allows metal-metal bonding, and that bonding strongly affects how the complexes look and react. Because of this,...

dye-sensitized solar cells

Dye-sensitized solar cells use a dye to capture sunlight and turn it into electrical current. They are a type of solar cell, which is an electrical device that uses light to create current. This approach is modeled on nature, where colored molecules absorb light energy and help drive chemical reactions. The idea connects to photosynthesis in plants. In leaves, chlorophyll pigments give plants their green color and absorb sunlight to power the conversion of water and carbon dioxide into...

synthesis of an oxygen-carrying cobalt(ii) complex

synthesis-of-an-oxygen-carrying-cobaltii-complex

Cobalt Complex Model for Oxygen Binding

Bioinorganic chemistry studies how metals help living systems work. Many proteins contain metals, and some depend on metal-containing active sites to function. Proteins with metals are called metalloproteins. They help carry out important cell functions needed for life. One major role of metalloproteins is oxygen transport. These proteins bind oxygen, move it, and then release it for processes such as respiration. Synthetic inorganic chemists study coordination compounds to model these...

photochemical initiation of radical polymerization reactions

photochemical-initiation-of-radical-polymerization-reactions

Photopolymerizing Styrene Into Polystyrene

Photopolymerizing styrene with light produces polystyrene, a common commodity plastic. This experiment uses simple photochemistry to start a radical polymerization reaction. A radical is a highly reactive particle with an unpaired electron that can help build long polymer chains. The module focuses on benzoyl peroxide as a photo-initiator for styrene polymerization. Benzoyl peroxide absorbs light and helps trigger the reaction. The process also shows how photochemistry can be used to control...

inorganic chemistry

このコレクションは、無機化学の手順と概念の範囲をカバーしており、エアフリー技術、遷移金属ベースの化合物の合成、ルイス酸と塩基のような核心の無機化学のコンセプト、EPR分光法を含む高度な分析技術などを含みます。

Explore how dye-sensitized solar cells use dyes to absorb sunlight, along with the history of photovoltaic cells and early solar cell breakthroughs.

Dye-Sensitized Solar Cells and Light Capture | JoVE K12

Pennsylvania State Academic Standards

Physical Science

Waves and Electromagnetic Radiation

3.2.9-12.X

Texas Essential Knowledge and Skills

High School

Earth Systems Science

112.49.c.12.

112.49.c.12.E.

new-jersey-student-learning-standards-for-science

New Jersey Student Learning Standards for Science

Energy

HS-PS3-3

Arizona Science Standards

HS.P1

HS.P1U3.4

HS+Phy.P4

HS+Phy.P4U2.7

HS.P4

HS.P4U3.9

HS.P4U1.10

Alabama Course of Study Science

waves-and-their-applications-in-technologies-for-information-transfer

Waves and Their Applications in Technologies for Information Transfer

9-12.PS.2.3.f

Environmental Science

9-12.EVS.4.6.a

Next Generation Science Standards

HS-PS4-5

south-carolina-college-and-career-ready-science-standards

South Carolina College and Career Ready Science Standards

C-PS4-5

Physics

P-PS4-5

Caroline Saouma

Overview

Principles: Band Theory

Principles: Operation of Dye-sensitized Solar Cells

Protocol: Electrode fabrication

Protocol: Cell Construction and Evaluation

Representative Results

Applications

Summary

Threats to Biodiversity

There have been five major extinction events throughout geological history, resulting in the elimination of biodiversity, followed by a rebound of species ...

The Carbon Cycle

Carbon is the basis of all organic matter on Earth, and is recycled through the ecosystem in two primary processes: one in which carbon is exchanged among ...

Energy Dynamics

The Food Chain
Energy is one of the most important abiotic factors in an ecosystem and organisms in an ecosystem are connected by the flow of energy and ...

What is Climate?

Climate refers to the prevailing weather conditions in a specific area over an extended period. As the saying goes, &#8220;Climate is what you expect. ...

Sustainable Development

As the human population continues to grow and use resources, we must be mindful of our planet&rsquo;s natural limits. Sustainable development provides a ...

Global Climate Change

Throughout its ~4.5 billion year history, the Earth has experienced periods of warming and cooling. However, the current drastic increase in global ...

Extinction

The History of Life on Earth
Fossils of organisms that were different from anything alive today had been documented as early as the 17th century, but it ...

Ecological Disturbance

An ecological disturbance is a temporary disruption in the environment resulting from abiotic, biotic, or anthropogenic factors, causing a pronounced ...

Climate Change

The certainty of climate change remains a public controversy despite the consensus among approximately 97% of active climate researchers, who not only ...

Habitat Fragmentation

Habitat fragmentation describes the division of a more extensive, continuous habitat into smaller, discontinuous areas. Human activities such as land ...

Analyze and interpret data to explain the impacts of land use on Earth's systems.

ESS.EES.5.1

water-quality-analysis-via-indicator-organisms

Water Quality Analysis via Indicator Organisms

Source: Laboratories of Dr. Ian Pepper and Dr. Charles Gerba -The University of Arizona
Demonstrating Author: Luisa Ikner
Water quality analysis monitors ...

Nutrients in Aquatic Ecosystems

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
Nitrogen and phosphorus are essential plant nutrients found in aquatic ...

turbidity-and-total-solids-in-surface-water

Turbidity and Total Solids in Surface Water

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
Turbidity and total solids are related measurements addressing clarity of ...

environmental-applications-of-microorganisms

Environmental Applications of Microorganisms

Microorganisms play a pivotal role in maintaining ecosystem balance by recycling essential elements such as carbon, nitrogen, and phosphorus, as well as ...

Dissolved Oxygen in Surface Water

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
Dissolved oxygen (DO) measurements calculate the amount of gaseous oxygen ...

The Water Cycle

The Earth&rsquo;s hydrosphere includes all of the areas where the storage and movement of water occurs. Since water is the basis of all living processes, ...

Biodiversity and Human Values

Human civilization relies on biodiversity in many ways. Sudden changes in species biodiversity result in environmental changes that can modify weather ...

Analyze and interpret data to evaluate how human use of ground and surface waters impacts water quality and availability in river basins, wetlands, estuaries, and aquifers.

ESS.EES.5.2

Measuring Tropospheric Ozone

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
Ozone is a form of elemental oxygen (O3), a molecule of three oxygen atoms ...

determination-of-nox-in-automobile-exhaust-using-uv-vis-spectroscopy

Determination Of NOx in Automobile Exhaust Using UV-VIS Spectroscopy

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
In the troposphere, ozone is naturally formed when sunlight splits nitrogen ...

What is Weather?

Overview

Weather refers to the current state of atmospheric conditions at a specific time and place. Weather is temporary and is influenced by the ...

The Sulfur Cycle

Sulfur, an important element in the chemical makeup of proteins, is recycled through the atmosphere and aquatic and terrestrial environments. Found in the ...

design-example-sustainability-in-concrete-building

Design Example: Sustainability in Concrete Building

A construction firm specializing in concrete buildings constructed a sustainable commercial building.&#160;
The various sustainable practices incorporated ...

The Efficient Level of Pollution

Producing goods often results in pollution as a byproduct, but eliminating all pollution isn&#39;t practical. Doing so would mean halting the production ...

Construct an argument to evaluate the ways that human activities influence atmospheric composition.

ESS.EES.5.3

Proton Exchange Membrane Fuel Cells

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
The United States consumes a large amount of energy &#8211; the current ...

The universe is composed of matter in different forms, and all forms of matter contain energy.&#160; The different forms of energy on Earth originate from ...

Construct an argument to evaluate the benefits and trade-offs of using non-renewable or renewable energy sources for electricity production and transportation fuels.

Proper Waste Disposal

Robert M. Rioux and Taslima A. Zaman, Pennsylvania State University, Pennsylvania, PA

Users are responsible for the proper disposal of the waste ...

Green Marketing

Green marketing is about promoting products or services by highlighting their environmental advantages.
These products or services are produced and ...

The Efficient Amount of Recycling I

In an imaginary town, Greendale, residents carelessly dispose of recyclable plastics due to minimal additional trash pickup fees, leading to recyclable ...

The Efficient Amount of Recycling II

In the town of Greendale, tackling the recyclable plastic waste issue with price or quantity mechanisms, such as a disposal fee, quota, or disposable ...

Bioremediation

Bioremediation is the use of prokaryotes, fungi, or plants to remove pollutants from the environment. This process has been used to remove harmful toxins ...

Construct an argument to evaluate potential solutions that will ensure sustainable consumption of Earth's resources.

ESS.EES.5.5

Community Diversity

Populations do not live in isolation; thus, every population interacts with others in certain ways. These interactions give rise to a network of ...

What is Conservation Biology?

Conservation biology is a scientific field that focuses on the preservation of biodiversity in order to protect ecosystems while meeting the needs of the ...

Construct an argument to evaluate a range of solutions to mitigate impacts of human activities on Earth's systems.

ESS.EES.5.6

Evaluate how human consumption patterns impact Earth's systems.

Dye-Sensitized Solar Cells and Light Capture

Description

Transcript

Tags

More videos by Standards