Login processing...

JoVE Journal
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 2 minutes.

JoVE Journal Chemistry

Eksperimentelle metoder til effektiv produktion af solenergi i Mikrogravitations miljø

Qualitative Identification of Carboxylic Acids, Boronic Acids, and Amines Using Cruciform Fluorophores

Journal (Chemistry)

Qualitative Identification of Carboxylic Acids, Boronic Acids, and Amines Using Cruciform Fluorophores

Synthesis and Performance Characterizations of Transition Metal Single Atom Catalyst for Electrochemical CO2 Reduction

Journal (Chemistry)

Synthesis and Performance Characterizations of Transition Metal Single Atom Catalyst for Electrochemical CO₂ Reduction

Click here for the English version

Eksperimentelle metoder til effektiv produktion af solenergi i Mikrogravitations miljø

Article DOI: 10.3791/59122-v

December 3rd, 2019 •

Katharina Brinkert^1,2, Ömer Akay³, Matthias H. Richter^1,4, Janine Liedtke², Katherine T. Fountaine^5,6, Hans-Joachim Lewerenz⁷, Michael Giersig^3,8

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

Chapters

Summary
Automatic Translation

English (Original)
العربية (Arabic)
中文 (Chinese)
dansk (Danish)
Nederlands (Dutch)
français (French)
Deutsch (German)
עברית (Hebrew)
हिंदी (Hindi)
italiano (Italian)
日本語 (Japanese)
한국어 (Korean)
norsk (Norwegian)
português (Portugese)
русский (Russian)
español (Spanish)
svenska (Swedish)
Türkçe (Turkish)

December 3rd, 2019

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Effektiv Solar-hydrogenproduktion er for nylig blevet realiseret på funktionaliserede halvleder-elektro katalysator systemer i en foto elektrokemisk halvcelle i mikrotyngdekraften miljø på Bremen drop Tower. Her rapporterer vi de eksperimentelle procedurer for fremstilling af halvleder-elektro katalysatorenhed, detaljer om den eksperimentelle set-up i drop kapsel og den eksperimentelle sekvens under frit fald.

Transcript

Denne protokol omfatter en trinvis procedure for, hvordan konstruktion af nanostrukturerede fotoelektroder til effektiv letassisteret brintproduktion i mikrotyngdekraftsmiljøer. Det omfatter også en elektrode test procedure for, hvordan man tester disse fotoelektroder på Bremen Drop Tower, hvor 10 til minus seks g kan genereres i 9,2 sekunder frit fald. Det er observeret af os og andre forskerhold, at elektrokemisk genereret gasbobler holde sig til elektrodeoverfladen i mikrotyngdekraft betingelser på grund af manglende opdrift.

katalysator genererer katalytiske hotspots, som forbedrer løsrivelsen af gasbobler og den samlede effektivitet. Procedurerne vil blive demonstreret af Omer Akay, en kandidatstuderende i vores laboratorium i FU Berlin. Til at begynde, anvende sølv pasta til at fastgøre OMEC kontakt til en tynd forgyldt kobbertråd.

Før tråden til et glasrør og brug sort kemisk resistent epoxy til at indkapsle P-type indiumphosphideprøven og forsegle den til glasrøret. Under en røghætte, placere 0,5 kvadratcentimeter poleret indium ansigt P-type indiumphosphide i 10 milliliter brom / methanol opløsning i 30 sekunder til etch til fjernelse af indfødte oxider. Skyl derefter overfladen med ethanol og ultrarent vand i 10 sekunder hver og tør prøven under kvælstofffluks.

Brug en borosilikat glascelle med en kvarts vindue som en fotoelektrokisk celle og placere P-type indiumphosphide elektrode i cellen i en standard tre-elektrode potentiostatic arrangement. Brug en hvid lys wolfram halogenlampe til at belyse prøven under konditioneringsproceduren. Juster lysintensiteten med en kalibreret siliciumreferencefotodiode.

Efter udrensning af saltsyre med nitrogen, lyselektromisk tilstand prøven med potenteodynamiske cykling med en scanningshastighed på 50 millivolt per sekund for 50 cyklusser under kontinuerlig belysning. I denne procedure anvendes skyggekumografi til at danne rhodiumnanstrukturer på P-typen indiumphosphidelektrode. Opnå en færdig blanding af 300 mikroliter af 784 nanometer polystyren perler og 300 mikroliter ethanol, der indeholder en vægt volumen procent styren og 0,1% svovlsyre.

Brug en Pasteur pipette med en buet spids til at påføre opløsningen på vandoverfladen. Drej petriskålen forsigtigt for at øge arealet af de monokrystallinske strukturer. Fordel forsigtigt opløsningen til at dække 50% af luft-vand-grænsefladen med et sekskantet lukket, pakket monolag.

Beskyt kobbertråden i fotoelektrokemisk konditionerede P-type indiumphosphidelektroder med parafilm. Omhyggeligt tape dem til et mikroskop dias og placere elektroderne under flydende tæt pakket polystyren kugle maske. Undgå, at prøverne roterer.

Derefter skal du bruge en pipette til forsigtigt at fjerne resterende vand og vente på, at det tørrer. Dette medfører, at masken efterfølgende aflejres på elektrodeoverfladen. Tag derefter elektroden ud af petriskålen og tør forsigtigt overfladen med nitrogen.

Elektroden opbevares under nitrogen i en eksikator. For fotoelektrochemisk deponering rhodium nanopartikler, placere elektroden i en elektrolytopløsning indeholdende rhodiumchlorid, natriumchlorid og isopropanol. Med en potentiostat, anvende et konstant potentiale på 0,01 volt i fem sekunder under samtidig belysning med en wolfram jod lampe.

Skyl derefter fotoelektroden med ultrarent vand og tør det under en blid strøm af kvælstof. For at fjerne polystyrenkuglerne fra elektrodeoverfladen skal elektroderne i et bægerglas med 10 milliliter toluen og forsigtigt omrøres i 20 minutter. Skyl derefter elektroden med acetone og ethanol i 20 sekunder hver.

For gas boble undersøgelser, vedhæfte to kameraer til hver fotoelektrokiske celle til at optage gas boble evolution via optiske spejle og stråle splittere. Monter den fotoelektromiske opsætning og kameraerne på et optisk bræt og fastgør den til en af kapslens midterste brædder. Brug de resterende bestyrelser til rate af ekstra udstyr såsom potentiostats og lukkerkontrol, lyskilder og bestyrelsen computer.

Fastgør en batteriforsyning på kapslens nederste bræt for at drive opsætningen under frit fald. Skriv en automatiseret dropsekvens for de eksperimentelle trin, der skal kontrolleres og udføres i mikrotyngdekraftsmiljø. Vedligehold forsøget i frit fald samt 45-minutters kapsel opsving efter faldet.

For at undersøge letassisteret brintproduktion på prøverne skal der udføres cyklisk voltammetri og chronoamperomettri. I cyklus voltammetri eksperimenter, oprette scanning satser for de to potentiostats på 218 millivolt per sekund til 235 millivolt per sekund for optimale opløsninger i fotostrømspænding målinger. Brug spændingsområder på 0,25 volt til negative 0,3 volt i forhold til sølvsølvchloridreferenceelektroden.

Anbring det oprindelige potentiale ved 0,2 volt verus sølv-sølvchlorid reference elektrode og en efterbehandling potentiale på 0,2 volt versus sølv-sølv chlorid reference elektrode. I chronoamperometric måling skal du bruge tidsskalaen for det genererede mikrotyngdekraftsmiljø 9,3 sekunder til at registrere den fotostrøm, der produceres af prøven. Anvend potentielle intervaller af negative 0,3 volt til negative 0,6 volt versus sølv-sølvchlorid reference elektrode til at sammenligne produceret fotostrøm.

Kør tre scanningscyklusser. For at sammenligne de registrerede fotostrømsspændingsmålinger skal du tage den anden scanningscyklus for hvert eksperiment til analyse. Når kapslen er hentet fra decelerationsbeholderen, fjernes kapslens beskyttelsesskjold.

Fjern prøverne fra den pneumatiske stative, skyl dem med ultrarent vand og tør dem under let nitrogenfug. Opbevar dem under nitrogenatmosfære, indtil der er foretaget optiske og spektroskopiske undersøgelser. Tapning tilstand atomkraft mikroskopi af P-type indiumphosphid overflade før modifikation, efter ætsning i brom / methanol opløsning, og efter elektrokemiske cykling i saltsyre viser ætsning procedure fjerner den indfødte oxid tilbage på overfladen.

Elektrokemisk cykling i saltsyre forårsager en betydelig stigning i fyldfaktoren af cellens ydeevne ledsaget af et fladt bånd skift af P-type indiumphosphid fra 0,56 volt til 0,69 volt. Den deponerede polystyren partikel monolayer på P-type indiumphosphide substrat og overfladen efter aflejring af rhodium og fjernelse af polystyren partikler er vist gennem AFM topografi. Anvendelsen af skyggekumografi giver et nanodimensioneret todimensionelt periodisk rhodiumstruktur med en homogen vifte af huller i den metalliske transparente rhodiumfilm.

Den høje opløsning AFM billede illustrerer den sekskantede enhed cellestruktur med genkendelige kerner af rhodium. Højdeprofilen på tre pletter på elektrodeoverfladen viser, at rhodiumnet er homogent fordelt på P-type indiumphosphideoverfladen med en højde på ca. 10 nanometer, der danner et katalytisk lag. De fotostrømsspændingskarakteristika og chronoamperometriske målinger af nanostrukturerede P-type indiumphosphide rhodiumfotoelektroder i terrestriske miljøer og mikrotyngdekraftsmiljøer viser ikke signifikante forskelle.

Vigtigst er det, før der rent faktisk lukker drop kapsel, fjerne løse skruer og kabler, som ikke er strammet. Resterende skruer kan ødelægge den eksperimentelle opsætning og instrumenterne under frit fald. rhodium, kan man Dette resulterer i forskellige elektrokatalytiske nanostrukturer resulterer i forskellige effektivitetsforhold.

Dette er sandsynligvis det samme tilfælde i mikrotyngdekraft miljøer. Demonstrationen af en effektiv fotoelektrokemisk brintproduktion i mikrotyngdekraftsmiljøet åbner nye veje til produktion af ilt og solbrændstoffer i rummet og kan bidrage til realiseringen af langsigtet rumfart.

X

Simple Hit Counter