Методическая статья

Экспериментальные методы эффективного производства солнечного водорода в микрогравитационной среде

DOI:

10.3791/59122

⸱

3 декабря 2019 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

В этой статье

Краткое содержание

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

Эффективное производство солнечно-водородного топлива недавно было реализовано на функционализированных полупроводниковых электрокатализаторских системах в фотоэлектрохимической полуэлементе в микрогравитационной среде в Бременском дроп-тауэр. Здесь мы сообщаем об экспериментальных процедурах производства полупроводниково-электрокатализаторского устройства, подробностях экспериментальной установки в капсуле падения и экспериментальной последовательности во время свободного падения.

Аннотация

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

Долгосрочные космические полеты и научно-исследовательские платформы cis-lunar нуждаются в устойчивом и легком аппаратном обеспечении жизнеобеспечения, которое может быть надежно использовано за пределами атмосферы Земли. Так называемые устройства «солнечного топлива», разработанные в настоящее время для наземного применения в поисках устойчивой энергетической экономики на Земле, обеспечивают перспективные альтернативные системы существующим подразделениям по оживлению воздуха, используемым на Международном пространстве станция (ISS) через фотоэлектрохимическое водорасщеление и производство водорода. Одним из препятствий для воды (фото-) электролиза в условиях пониженной гравитации является отсутствие плавучести и, как это, препятствует выбросу газового пузыря из поверхности электрода. Это приводит к образованию слоев пузырьков газа в непосредственной близости от поверхности электрода, что приводит к увеличению устойчивости к онмии и потери клеточной эффективности из-за снижения массовой передачи субстратов и продуктов к и из электрода. Недавно мы продемонстрировали эффективное производство солнечного водорода в условиях микрогравитации, используя интегрированную полупроводниково-электрокатализаторную систему с фосфидом р-типа в качестве светопоглощателя и родийского электрокатализатора. Путем наноструктуры электрокатализатора с помощью теневой наносферной литографии и тем самым создавая каталитические «горячие точки» на фотоэлектродной поверхности, мы смогли преодолеть ограничения на слияние газовых пузырей и передачу массы и продемонстрировать эффективный водород производства при высокой плотности течения в условиях уменьшенной гравитации. Здесь описаны экспериментальные детали для подготовки этих наноструктурированных устройств и далее, процедуры их тестирования в условиях микрогравитации, реализованной в Бременском drop Tower в течение 9,3 с свободного падения.

Введение

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

Наша атмосфера на Земле формируется в результате кислородного фотосинтеза, процесса 2,3 миллиарда лет, преобразующего солнечную энергию в богатые энергией углеводороды, высвобождая кислород в качестве побочного продукта и используя воду и CO2 в качестве субстратов. В настоящее время искусственные фотосинтетические системы, следуя концепции энергетической схемы катализа и передачи заряда в естественном фотосинтезе, реализуются в полупроводниковых электрокатализаторских системах, показывая до сих пор эффективность преобразования солнечной к водороду 19 %1,2. В этих системах полупроводниковые материалы используются в качестве легких амортизаторов, покрытых тонким прозрачным слоем электрокатализаторов4. Интенсивные исследования в этой области способствуют глобальному поиску возобновляемых энергетических систем с водородом и длинноцепочечными углеводородами, что делает отличными кандидатами на альтернативное топливо. Аналогичные препятствия существуют и в долгосрочных космических миссиях, где пополнение ресурсов с Земли невозможно. Требуется надежное аппаратное обеспечение жизнеобеспечения, использующий эффективный блок оживления воздуха, обеспечивающий около 310 кг кислорода на одного члена экипажа в год, не учитывающий внекорачную деятельность5. Эффективное солнечное устройство для разделения воды, способное производить кислород и водород или уменьшать углекислый газ солнечной помощи и в монолитной системе обеспечит альтернативный, легкий маршрут к используемым в настоящее время технологиям на ISS: блок оживления воздуха состоит из разделенной системы с щелочным электролизером, концентратором твердого углекислого газа амина и Сабатье реактором для уменьшения CO2.

Беспрецедентно, мы реализовали эффективное производство солнечной водорода в условиях микрогравитации, обеспечиваемое 9,3 с во время свободного падения в Бременском Drop Tower (ЗАРМ, Германия)6. Используя р-тип фосфида в качестве полупроводникового светопоглощателя7,8, покрытый наноструктурированным электрокатализатором родия, мы преодолели ограничения субстрата и массы продукта на и с фотоэлектродной поверхности, что является препятствием в условиях пониженной гравитации из-за отсутствия плавучести9,10. Применение теневой наносферной литографии11,12 непосредственно на фотоэлектродной поверхности позволило сформировать родий-каталитические «горячие точки», которые препятствовали слиянию пузырьов водородного газа и образованию слоя пены в непосредственной близости от поверхности электрода.

В этом материале мы предоставляем экспериментальные детали фотоэлектродного препарата p-InP, включая офорт и кондиционирование поверхности, а затем применение теневой наносферной литографии на поверхности электрода и фотоэлектродепозицию родия наночастицы через полистирол сферы. Кроме того, описана экспериментальная установка в капсуле капли в Бременском Дрог-Тауэр и приведены детали экспериментальной последовательности во время 9,3 с свободного падения. Образец рассрочки и обработки до и после каждой капли изложены, а также подготовка капсулы падения и ее оборудования для работы источников освещения, potentiostats, затвора управления и видеокамеры по команде.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

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

1. Подготовка фотоэлектродов p-InP

  1. Используйте один кристалл p-InP (ориентация (111 A), концентрация допинга в размере 5 х 1017 см-3) в качестве фотоабсорбциера. Для подготовки к задней контакту испаритесь 4 нм Au, 80 нм и 150 нм Au на обратной стороне и нагреть его до 400 градусов по Цельсию в течение 60 с.
  2. Применить Ag пасты, чтобы прикрепить ohmic контакт с тонкой пластинкой Cu провода. Протяните проволоку к стеклянной трубке, инкапсулируют образец и загерметизм его к стеклянной трубке с помощью черной, химической резистентной эпоксидной смолы.
  3. Для удаления местных оксидов вытравите 0,5 см2 полированного индиума лица p-InP на 30 с в 10 мл раствора брома/метанола (0,05% w/v), промойте поверхность этанолом и ультрачистой водой на 10 с каждого и высушите образец под потоком азота. Подготовьте растворы из ультрачистых химических веществ в воде и аналитического класса с уровнем органической примеси ниже 50 ppb.
    ВНИМАНИЕ: Бром вызывает острую токсичность при вдыхании, коррозии кожи и острой водной токсичности. Носите защитное оборудование, такое как защитные очки, перчатки и лабораторное пальто. Работа под капотом дыма. Метанол легковоспламеняется, вызывает острую токсичность (устная, дермальная и ингаляционная) и, как известно, вызывает специфическую токсичность органов-мишеней. Носите защитное оборудование, такое как защитные очки, перчатки и лабораторное пальто. Работа под капотом дыма.
  4. Впоследствии состояние p-InP электрода фотоэлектрохимически в стандартной трехэлектродной потенциостатического расположения. Используйте боросиликатную стеклянную ячейку с кварцевым окном в качестве фотоэлектрохимической ячейки для освещения образца бело-световой галогенной лампой вольфрама (100 мВт/см2)во время процедуры.
  5. Отрегулируйте интенсивность света с помощью откалиброванный кремниевый справочный фотодиод.
  6. Подготовьте раствор 0,5 М HCl и очистите его в фотоэлектрохимической клетке с азотом 5,0 чистоты в течение 15 мин.
  7. Используйте потентиодинамический велоспорт между -0.44 V und 0.31 V при скорости сканирования 50 мВ с-1 для 50 циклов, чтобы фотоэлектрохимически состояние образца под непрерывным освещением.
    ВНИМАНИЕ: Гидрохлорная кислота вызывает серьезные повреждения глаз, коррозию кожи и она разъедает металлы. Кроме того, он обладает специфической токсичностью органов-мишеней после одного воздействия. Носите защитное оборудование, такое как защитные очки, перчатки и лабораторное пальто. Работа под капотом дыма.

2. Изготовление родийных наноструктур

  1. Работате теневую наносферную литографию (SNL)11,12 для формирования родийских наноструктур на фотоэлектроде p-InP. Для создания полистирола маски на p-InP электрод, получить моно-рассеянные бусы полистирола (PS) размером 784 нм при концентрации 5% (w/v) и растворить их в ультрачистой воде.
  2. Для получения конечного объема в 600 л смешайте 300 л дисперсии полистирола с 300 йл этанола, содержащего 1% (w/v) стирола и 0,1% серной кислоты (v/v).
  3. Нанесите раствор на поверхность воды с помощью пипетки Pasteur с изогнутыми кончиками. Для того, чтобы увеличить площадь монокристаллических структур, поверните чашку Петри мягко. Тщательно распределите раствор, чтобы покрыть 50% воздушно-водного интерфейса с монослой hcp. Оставьте место для снятия стресса и избежать образования трещин в решетке во время следующих шагов подготовки.
  4. Защитите провод Cu фотоэлектрохимически обусловленных электродов p-InP с помощью парафильма. Поместите их деликатно под плавающей закрытой упакованной маской сферы PS, тщательно прикрепляя их к слайду микроскопа, предотвращая поворачивание образцов. Аккуратно удалите остаточную воду с помощью пипетки и путем испарения, в результате чего маска будет впоследствии отложена на поверхность электрода.
  5. Выннизвините электрод из чашки Петри и аккуратно высушите поверхность с помощью N2. Храните электрод под азотом до фотоэлектродепозиции родия (например, в ошикаторе).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Протокол может быть приостановлен здесь на срок до одной недели.

3. Фотоэлектродепозиция родиевых наночастиц

  1. Для фотоэлектрохимического отложения родиевых наночастиц через маску сферы PS поместите электрод в электролитный раствор, содержащий 5 мМ RhCl3,0,5 М NaCl и 0,5% (v/v) 2-пропанол и нанесите постоянный потенциал Vdep - 0,01 В для 5 с при одновременном освещении с Лампой W-I (100 м/м). Электрохимические характеристики, такие как электрохимические клетки, эталонные и встречные электроды, такие же, как и для процедуры фотоэлектрохимического кондиционирования.
  2. Промыть фотоэлектрод ультрачистой водой и высушить его под нежным потоком N2.
  3. Для того, чтобы удалить PS-сферы с поверхности электрода, поместите электроды на 20 минут под нежным перемешиванием в стакан е 10 мл толуола (электрод должен быть покрыт толуолом). Затем промыть электрод ацетоном и этанолом по 20 с каждый.
  4. Удалите остаточный углерод с поверхности O2-плазменнойочистки в течение 6 мин при давлении процесса 0,16 мбар, 65 Вт и газовых ввозаo O2 и Ar 2 скм и 1 скм, соответственно.
  5. Подготовьте образцы за неделю до испытаний в дроп-башне и храните их до экспериментов в атмосфере N2 в темноте (например, в перчаточном мешке или обезвождении).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Протокол может быть приостановлен о течение примерно 1-2 недель.

4. Фотоэлектрохимические эксперименты в условиях микрогравитации

  1. Для проведения экспериментов в условиях микрогравитации обратитесь к одному из основных объектов высасывающей башни (например, ВЦентр прикладных космических технологий и микрогравитации (ЗАРМ), Бремен, Германия).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Используя катапультную систему, 9,3 с микрогравитационной среды могут быть созданы на ЗАРМ с приближенным минимальным уровнем g-уровня около 10-6 мс -2 13. Гидравлически управляемая пневматическая поршневая цилиндрическая система используется для запуска капсулы падения(рисунок 1А)вверх от нижней части башни. Капсула снова замедляется в контейнере, который помещается на цилиндрсистемы во время свободного падения.
  2. Для проведения двух экспериментов в условиях микрогравитации параллельно используйте двухкомпонентную фотоэлектрохимическую ячейку (объем заполнения каждой клетки: 250 мл) для проведения двух экспериментов в условиях микрогравитации. Передняя часть каждой ячейки должна состоять из оптического кварцевого стекла (диаметр: 16 мм) для освещения работающего электрода (см. рисунок 1В).
  3. Используйте трехэлектродное расположение в каждой ячейке для фотоэлектрохимических измерений с помощью счетчика Pt и эталонного электрода Ag/AgCl (3 M KCl) в HClO4 (1 М). Добавьте 1% (v/v) изопропанол к электролиту, чтобы уменьшить поверхностное натяжение и усилить высвобождение пузырьков газа. Используйте белый источник света W-I для освещения каждого клеточного отсека через оптические окна.
    ВНИМАНИЕ: Концентрированная перхлорная кислота является сильным окислителем. Органические, металлические и неорганические соли, образуемые в результате окисления, чувствительны к шоку и представляют большую опасность пожара и взрыва. Носите защитные очки, перчатки и защитное лабораторное пальто. Работа под дымом капот и свести к минимуму скамейке верхней время хранения.
  4. Для исследования газовых пузырей прикрепите две камеры к каждой ячейке с помощью оптических зеркал и лучевой камеры (например, цветная камера спереди и монохромная камера сбоку, см. Рисунок 1) для записи эволюции газового пузыря во время свободного падения эксперимента. Для каждой капли храните записанные данные на интегрированном бортовом компьютере в капсуле падения. Запись отдельных изображений со скоростью кадров (например, 25 кадров в секунду (цветная камера) и 60 кадров в секунду (монохромная камера)).
  5. Капсула капли оснащена несколькими досками(рисунок 1). Установите фотоэлектрохимическую установку и камеры на оптическую доску и прикрепите ее к одной из средних досок в капсуле. Используйте оставшиеся доски для рассрочки дополнительного оборудования, такого как потенциостаты, источники света, элементы управления затвором и бортовой компьютер. Прикрепите запас батареи в нижней части капсулы для питания настройки во время свободного падения(рисунок 1).
  6. Напишите автоматизированную последовательность сброса для экспериментальных шагов, которые должны контролироваться и осуществляться в условиях микрогравитации. Программа должна быть запущена до каждой капли. При достижении микрогравитационной среды последовательность должна автоматически запускать камеры, источники освещения и электрохимический эксперимент продолжительностью 9,3 с, одновременно погружая рабочий электрод в электролит с помощью пневматической системы (см. рисунок 1, таблица 1).
  7. Исследование производства легкомоторного водорода на образцах в фотоэлектрохимических измерениях (например, циклическая вольтамметрия и хроноамперетрия).
    1. Контролируйте электрохимические параметры двумя потентиостатами в капсуле. Для оптимального разрешения в измерениях J - V используйте скорость сканирования (dE/dt) от 218 мВ/с до 235 мВ/с для запуска 3 циклов сканирования в экспериментах по колесному напряжению на велосипеде, используя диапазоны напряжения от 0,25 В до -0,3 В против Ag/AgCl (3 M KCl). Используйте первоначальный потенциал, Ei q 0,2 V против Ag/AgCl (3 M KCl) и отделочные потенциалы, Ef й 0,2 V против Ag/AgCl (3 M KCl). Для сравнения записанных измерений J - V, возьмите второй цикл сканирования каждого эксперимента для анализа.
    2. При хроноамперометрических измерениях используйте временной масштаб сгенерированной микрогравитационной среды, 9,3 с, для записи фототока, производимого в образце. Для сравнения произведенных фототоков нанесите потенциальные диапазоны от -0,3 V до -0,6 В против Ag/AgCl (3 M KCl).
  8. В конце каждой капли, когда капсула падения снова замедляется до нулевой скорости, используйте последовательность падения, чтобы образец был удален из электролита и камеры, потентиостаты и источники освещения будут выключены.
  9. После извлечения капсулы из контейнера для торможения удалите защитный щит капсулы. Удалите образцы из пневматического шата, промойте их ультрачистой водой и высушите под нежным потоком азота. Храните их в атмосфере N2 до проведения оптических и спектроскопических исследований.
  10. Обмен электролита в двух клетках, обеспечить функцию всех инструментов, прежде чем оборудовать клетки с новыми образцами и подготовить капсулу для другого эксперимента падение.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

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

Офорт поверхности p-InP вBr 2/ метанол для 30 s с последовательным фотоэлектрохимическим кондиционированием образца путем циклиичной поляризации в HCl хорошо зарекомендовал себя в литературе и обсуждается (например, Шульте и Леверенц (2001)14,15). Процедура травления удаляет родной оксид, оставшийся на поверхности(Рисунок 2) и электрохимический велосипед в HCl вызывает кроме того значительн...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

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

Для приготовления фотоэлектродов важно минимизировать воздействие кислорода между травлением и процедурой кондиционирования и очистить 0,5 М ЛЦ перед использованием около 10 - 15 мин с азотом. После того, как образцы кондиционируются, они могут храниться в атмосфере азота в 15 мл конических труб в течение нескольких часов, чтобы обеспечить транспортировку образца и/ или время подготовки масок частиц полистирола. Для достижения однородного расположения сфер ПС на электродном субстрате важно сформировать непрерывную маску ...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

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

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

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

K.B. признает финансирование из программы стипендий Немецкой национальной академии наук Леопольдины, грантLPS 2016-06 и Европейского космического агентства. Кроме того, она хотела бы поблагодарить д-ра Леопольда Саммерера, команду Advanced Concepts Team, Алана Доусона, д-ра Джека ван Лоуна, д-ра Габора Милассина и д-ра Роберта Линднера (ESTEC), Робберта-Яна Нурдама (Notese) и профессора Гарри Б. Грея (Caltech) за их большую поддержку. M.H.R. благодарна за щедрую поддержку профессора Натана С. Льюиса (Caltech). K.B. и M.H.R. признают поддержку Со стороны Института Бекмана Калифорнийского технологического института и Исследовательского центра молекулярной материалов. Команда PhotoEChem высоко ценит финансирование со стороны Германского аэрокосмического центра (Deutsches Centerr f'r Luft- und Raumfahrt e.V.) для проекта No 50WM1848. Кроме того, M.G. признает финансирование из Гуандун Инновационной и предпринимательской команды программы под названием "Плазмонные наноматериалы и квантовые точки для управления светом в оптоэлектронных устройств" (No 2016-T06C517). Кроме того, авторская группа высоко ценит усилия и поддержку со стороны команды ЗАРМ с Дитером Бишоффом, Торстеном Лутцем, Маттиасом Мейером, Фредом Откеном, Яном Зимерсом, д-ром Мартином Кастильо, Магдаленой Тод и доктором Торбеном Кёнеманном. Он также благодарен за просветительские беседы с профессором Ясухиро Фукунакой (Университет Васэда), профессором Хисаёси Мацусимой (Университет Хоккайдо) и доктором Слободаном Митровичем (Lam Research).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
12,7 мм XZ Столик для перевода типа «ласточкин хвост» с опорной пластиной, метчики M4 (4 x)Делители луча ThorlabsDT12XZ/M
(2 x)ThorlabsCM1-BS01350:50 400-700 нм
светоделители (2 x)ThorlabsCM1-BS01450:50 700-1100 нм
Омический обратный контакт: 4 нм Au, 80 нм Zn, 150 нм AuOut e.V., Берлин, Германияhttps://www.out-ev.de/english/index.htmlКомпания предоставляет на заказ омические задние контакты
Стеклянная трубка, ок. 10 см, внутренний диаметр около 4 мм, например, Gaß ner GlasstechnikИзготовленные на заказ
пластины p-InP, ориентация 111A, концентрация легирования Zn: 5 x 10^17 cm^-3AXT Inc. Geo Semiconductor Ltd. ШвейцарияИзготовленная на заказ
фотоэлектрохимическая ячейка для наземных экспериментовНапример, мастерскаяИзготовленная на заказ
Matrox 4Sight GPm (бортовой компьютер)Matrox imagingIvy Bridge, 7 x Cable Ace power I/O HRS 6p, открытый 10 м, адаптер питания для Matrox 4sight GPm, Samsung 850 Pro 2,5" 1 ТБ, твердотельный накопитель в обмен на жесткий диск 250 ГБ
2-пропанолSigma AldrichI9516-500ML
35 мм Kowa LM35HC 1" сенсор F1.4 C-mount (2 x)Basler AG
АцетонSigma Aldrich650501-1L
Ag/AgCl (3 M KCl) электродсравненияWPIDRIREF-5
Алюминиевая макетная плата, 450 мм x 450 мм x 12,7 мм, метчики M6 (2 x)Стакан ThorlabsMB4545/M
, 100 млVWR10754-948
Черная эпоксиднаяэлектросмазкаER2162
БромSigma Aldrich1.01945 EMD Многопоровая
цветная камера (2 x)Basler AGacA2040-25gc
Проводящая серебряная эпоксидная смолаMG Chemicals8331-14G
Медная проволокаE.g., Sigma Aldrich349224-150CM
ЭтанолSigma Aldrich459844-500ML
Falcon тубы, 15 млVWR62406-200
Перчаточные мешкиSigma AldrichZ530212
Соляная кислота (1 M)Sigma AldrichH9892
Магнитная мешалкаVWR97042-626
МетанолSigma Aldrich34860-100ML-R
Предметные стекла для микроскопаVWR82003-414
MilliQ камера для воды
NIR (2 x)Basler AGacA1300-60g
Азот, класс 5NВоздушный газNI UHP300
ø 1" штабелируемые линзовые трубки (6 x)ThorlabsSM1L03
O2 Plasma Facility
OEM Фланец для адаптеров с резьбой SM (4 x)ThorlabsSM1F2
ParafilmVWR52858-000
Пастеровский пипеткаVWR14672-380
Хлорная кислота (1 M)Sigma Aldrich311421-50ML
Чашка ПетриVWR75845-546
Фотоэлектрохимическая ячейка для экспериментов в условиях микрогравитации, например, цех
Частицы полистирола, 784 нм, 5 % (по объему)Микрочастицы GmbH0.1-0.99 &; m размер (50 мг/мл): 10 мл, 15 мл, 50 мл
Потенциостатики (2 x)БиологическийSP-200/300
Pt противоэлектродALS-Japan12961
Родий (III) хлоридSigma Aldrich520772-1G
Система управления затвором (2 x)
Кремниевый референсный фотодиодThorlabsFDS1010
Хлорид натрияSigma Aldrich567440-500GM
Подставки и стержни для фиксации камерVWR
Серная кислота (0,5 M)Sigma Aldrich339741-100ML
Телецентрический Высокое разрешение Тип WD110 серия Тип MML1-HR110Basler AG
ТолуолSigma Aldrich244511-100ML
Различные запасные стаканы и контейнеры для остатков хлорной кислоты и т.д. для башни паденияVWR
W-I лампа со световодами (2 x)Edmund OpticsDolan-Jenner MI-150 Fiber Optic Illuminator
CM-12 электронный микроскоп CM-12 с двойным объективом, система ПЗС-камеры (Gatan) и система энергодисперсионной спектроскопии рентгеновского излучения (EDS)Philips
Размер Icon AFM, вращающиеся симметричные наконечники ScanAsyst-Air (нитрид кремния), номинальный радиус наконечника 2 нмBruker
по стеклу / материалам по стеклу/материалам

Ссылки

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

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

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

Похожие статьи