The authors thank the EPSRC and Intelligent Energy Ltd for funding this project. PB also thanks the SCI for the award of a Messel Scholarship.

1. Set-up do Software Data-logging <ol><li> Instale a recolha de dados e software de planilha para um computador equipado com uma porta serial RS232. </li><li> Ligue o computador para o equilíbrio através de um cabo conector RS232 adequado (neste método tanto o computador como o equilíbrio necessário um conector de 9 pinos). O saldo será tipicamente conectado a COM1. </li><li> Abra o software de coleta de dados. </li><li> Para registrar os dados em uma planilha (por exemplo, Excel), vá para o &#39;Modo&#39;, depois em &#39;Enviar teclas para&#39;, digite o nome apropriado do software de planilha no &quot;Texto Aplicação barra de título&quot; e selecione &quot;excel.exe &#39;em a &quot;linha de comando&quot;, em seguida, pressione &#39;OK&#39;. Uma marca de seleção deve aparecer ao lado de &quot;Enviar teclas para &#39;no menu drop-down&#39; Modo &#39;. </li><li> Ir para &#39;Porta&#39;, depois em &#39;Configurações&#39;, e garantir que os valores são apropriados ao saldo em questão, em seguida, pressione &#39;OK&#39;;. </li><li> Ir para &#39;Definir&#39;, depois &#39;Definir estrutura do registo de dados de entrada&#39;, e selecione &#39;char numérico recebido &quot;no&quot; início do registo de eventos&#39; seção e &#39;Retorno de carro ou CrLf recebida &quot;no&quot; fim do registo de eventos&#39; seção, em seguida, pressione &quot;Continuar&quot;. </li><li> Quando uma caixa intitulada &quot;Entrada Estrutura de Registro &#39;aparece, selecione&quot; Cada registro de dados contém um único campo de dados &quot;e pressione&quot; Continuar &quot;. </li><li> Quando uma caixa intitulada &#39;Record Editor de Definição de Entrada - Enviar Modo Teclar&#39; aparece: no Campo 1, defina o &#39;Filtro de Entrada&#39; para &#39;somente dados numéricos &quot;e os&quot; Campo postamble Teclas de atalho&#39; para &#39;{Tab} {hora}: {segundo } {} {ESQUERDA PARA BAIXO} ​​&#39;e pressione&#39; OK &#39;. </li><li> Ir para &#39;Definir&#39;, depois &#39;Definir teclas de atalho e ações quentes&#39;. Selecione Hot Key 1, em seguida, selecione a tecla de ação Hot &#39;Suspender WinWedge &quot;e atribuir isso a Keystroke Hot Key de&quot; retrocesso &quot;e pressioneESTÁ BEM. </li><li> Ir para &#39;File&#39;, depois em &#39;Salvar como&#39;, e salvar o método em uma pasta apropriada. </li></ol> 2. Experimental Set-up <ol><li> Adicione água para uma tigela de vidro até que ele é de aproximadamente ¾ cheio. Em seguida, colocar o recipiente de vidro num agitador-placa de aquecimento com controlo de temperatura e de calor a 50 ° C; em alternativa, usar um banho de água com termóstato. </li><li> Adiciona-se água desionizada (5 ml) a um frasco de 50 ml e a posição de fundo redondo, este no banho de água de tal modo que o nível da água no banho está bem acima do nível de água no balão. </li><li> Inserir um termómetro no gargalo do balão de fundo redondo para monitorizar a temperatura da água (após o equilíbrio, a temperatura da água no balão é normalmente a ~ 5 ° C mais baixa do que o ponto de ajuste sobre a placa). Nota: O set-up está pronto quando a temperatura da água no balão se mantém constante ao longo de um período de 10 min. </li><li> Encher um copo com água desionizada. </li&gt; <li> Coloque um copo vazio sobre a balança de registro de dados. </li><li> Construir uma ponte de folha de plástico que pode transferir a água da bica do copo para o copo vazio sobre a balança de registro de dados. Certifique-se de que a ponte de plástico não está em contacto físico com o copo sobre o equilíbrio de registro de dados. </li><li> Encha de 500 ml proveta com água deionizada. </li><li> Enquanto cobrindo a extremidade aberta com uma mão enluvada, inverter a proveta e colocá-lo no tubo de ensaio de tal modo que a extremidade aberta do cilindro de medição está logo abaixo da superfície da água. </li><li> Use um suporte de retorta equipado com dois chefes e braçadeiras para suportar o cilindro de medição. Dependendo do tamanho do cilindro de medição, contrapesos lugar sobre a base da retorta está para evitar que ele caia devido ao peso da água. </li><li> Ajustar a posição da taça de modo a que o bico se encontra em contacto com a ponte de plástico. </li><li> Cuidadosamente levantar o cilindro de medição para umalLow libertação de água e a entrada de ar para assegurar que o nível de ar no cilindro de medição é consistente no início de cada experiência (por exemplo, 100 ml de ar). </li><li> Insira a ponta junta de vidro não-chão de um adaptador modificado em um comprimento da tubulação. Selar por envolvimento com cuidado Parafilm em torno da ligação entre a junta ea tubulação. </li><li> Inserir a extremidade do tubo para dentro do cilindro de medição. </li><li> Certifique-se de que a adição de água em excesso vai resultar em que a correr para o equilíbrio por adição de um pouco de água para o copo. As fugas podem ocorrer com caudais elevados na conexão entre o bocal do recipiente e a ponte de plástico. </li><li> Assegurar que o equilíbrio não lê zero. Se necessário, adicione um pouco de água para o copo sobre o equilíbrio de registro de dados. </li><li> Usando uma balança, pesar tanto 0,05, 0,10, 0,15, 0,20, ou 0,25 g de silício em um pequeno frasco de vidro; não usar um barco de pesagem de plástico como alguns de silício tende a ser preso no interiorgargalo do frasco, quando ele é adicionado à mistura de reacção a partir de um barco de pesagem. Este problema é evitado por invertendo rapidamente, em vez de um pequeno frasco de vidro para dentro do gargalo do frasco. </li></ol> 3. Procedimento Experimental <ol><li> Adicionar uma solução de hidróxido de sódio (5 ml, 20% em peso) para um frasco de 50 ml e a posição de fundo redondo, este no banho de água de tal modo que o nível da água no banho está bem acima do nível de água no balão. </li><li> Inserir um termómetro no gargalo do balão de fundo redondo para monitorizar a temperatura da solução (após o equilíbrio, a temperatura da água no balão nesta configuração é normalmente a ~ 5 ° C mais baixa do que o ponto de ajuste sobre a placa). </li><li> Deixe por 10 minutos para equilibrar. </li><li> Antes de terminar o período de equilíbrio, abra uma nova planilha no pacote de software de planilha e, em seguida, abra o software de coleta de dados. Carregue o método criado na Etapa 1, indo para &#39;Arquivo&#39; sobre o software de coleta de dadosno menu Iniciar e, em seguida, «método aberto &#39;. </li><li> Pouco antes do período de equilíbrio de 10 min é devido ao fim, vá para &quot;Ativar&quot; e clique em &quot;Modo Normal &#39;. Os dados começarão a ser registado no pacote de software de planilha. </li><li> No final do período de equilíbrio de 10 min, adicionar o silício invertendo rapidamente o frasco de vidro e depositando o silício na solução de hidróxido de sódio. </li><li> Rapidamente colocar a junta de vidro esmerilado de o adaptador que está ligado à tubagem para dentro do gargalo do frasco de fundo redondo. Zero o equilíbrio. O momento em que o equilíbrio é reposto em zero será tomado como o tempo (t) = 0 na análise dos dados. </li><li> Após 10 min de decorridos, parar o registro de dados pressionando a tecla de retrocesso e, em seguida, selecionando a opção &#39;Sair&#39; no menu do software de coleta de dados. Salve o arquivo no pacote de software de planilha. </li><li> Remover o adaptador que está ligado à tubagem a partir do balão de fundo redondo e adicionar água para thatNCH ​​a reacção. </li><li> Isolar o resíduo sólido no frasco para análise posterior por centrifugação ou filtração gravidade, ou transferir toda a mistura de reacção para uma proveta e neutraliza-se com ácido clorídrico (1 M) e eliminar os resíduos de forma adequada. </li></ol> Análise 4. Dados <ol><li> Garantir que os dados são carregados em um pacote de software de planilha apropriada. </li><li> Encontrar o ponto em que o saldo é zerado; esta é considerada como sendo o (t) = 0 ponto da reacção. </li><li> Excluir os dados que precede esta. </li><li> Inserir uma coluna à esquerda dos dados. Isto irá conter o tempo. </li><li> Adicionar intervalos de tempo adequados, a partir de zero, a coluna que acaba de ser inserido. O saldo utilizado nestes estudos conectado 8,5 pontos de dados por segundo, e assim foram utilizados intervalos de tempo de 0,117647 (= 1 / 8,5) sec. </li><li> gás considerar que foi coletada sobre a água a ser saturado com vapor de água. Durante a coletaprocesso de iões, o nível de água no cilindro de medição ajusta para manter a pressão interna no cilindro de medição, à pressão atmosférica. </li><li> Aplicar um factor de correcção aproximada usando a lei de Dalton, o que indica que a soma das pressões parciais dos gases individuais em uma mistura (P 1 P ... n) é igual à pressão total (P tot). Como, se a temperatura é 298 K, a pressão parcial de vapor de água é 31,69.9 Pa, e a pressão total do gás no cilindro de medição é a pressão atmosférica (101,325 Pa), pode ser calculado que há, aproximadamente, 3,08% o vapor de água em volume no gás recolhido. Estimar a quantidade de vapor de água no átomo de hidrogénio a outras temperaturas, utilizando a pressão parcial de vapor de água à temperatura em questão. </li><li> Para obter uma estimativa da quantidade de hidrogénio gerado (se a temperatura ambiente é de 298 K), multiplicando o volume de gás por 0,97. </li><li> Estimar o hydro inicialtaxa de geração gen ajustando uma linha de tendência linear para a encosta íngreme inicial da curva de geração de hidrogênio. </li><li> Aqui o período de indução como o tempo necessário para a água a ser deslocado a partir do cilindro de medição. Estas estimativas de período de indução não são absolutos; a reacção real geração de hidrogénio começa antes do final do &quot;período de indução&quot; estimado nestas experiências como uma certa quantidade de hidrogénio tem de ser gerado para ser capaz de começar a deslocar a água. No entanto, estes valores não permitem uma avaliação da mudança relativa no período de indução entre os experimentos. </li></ol>

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Hydrogen Energ. 33, 6719-6726 (2008).</li><li>Shang, Y., Chen, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Semiempirical+Hydrogen+Generation+Model+Using+Concentrated+Sodium+Borohydride+Solution.">Semiempirical Hydrogen Generation Model Using Concentrated Sodium Borohydride Solution.</a> Energy Fuels. 20, 2149-2154 (2006).</li><li>Wang, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Promoted+Mo+incorporated+Co-Ru-B+catalyst+for+fast+hydrolysis+of+NaBH4+in+alkaline+solutions.">Promoted Mo incorporated Co-Ru-B catalyst for fast hydrolysis of NaBH4 in alkaline solutions.</a> Int. J. Hydrogen Energ. 39, 16202-16211 (2014).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Os passos mais importantes do protocolo são os que ocorrem no início de uma experiência. A grande dependência da temperatura da taxa de estas reacções de hidrólise significa que um grande cuidado deve ser tomado para assegurar que a temperatura da solução ter atingido o equilíbrio, antes da adição do sólido. O sólido deve ser adicionado rápida e completamente, o Esmerilado do adaptador deve ser devidamente inserida no gargalo do balão de fundo redondo, eo saldo deve então ser zerado o mais rapidamente possível. Uma medição incorreta de hora de início e temperatura da reacção irá gerar resultados incorretos. O método tem algumas limitações. É imperativo que a taça dentro da qual é inserido o cilindro de medição é tão estreita quanto possível para garantir que a água deslocada a partir do cilindro de medição é rapidamente canalizado para baixo a ponte de plástico para o equilíbrio. Caso contrário, a tensão superficial da água permite quebaixo nível de acumulação da água a baixos caudais (ver Figura 5) até que o ponto no qual toda a água é libertada num grande gotejamento. O erro do equilíbrio também limita a resolução dos dados. Nestas experiências, utilizou-se um equilíbrio com um erro de ± 0,05 g, o qual é adequado ao gerar várias centenas de mililitros de hidrogénio, mas um equilíbrio com um erro menor do que seria exigido se volumes menores foram sendo medido. Como as gotas de água deslocadas a partir da ponte sobre o equilíbrio, a massa registrados pela balança oscila, isto é, como uma gota cai no equilíbrio, o equilíbrio registra momentaneamente uma massa ligeiramente maior. Isto significa que a diferenciação da resolução dados brutos alta de tempo utilizando pacotes de software é problemático como o gradiente oscila. A forma mais apropriada para encontrar o gradiente da parte mais íngreme da curva de geração de hidrogénio, e, portanto, a taxa de geração de hidrogénio, is para caber uma linha reta para ele e calcular a sua inclinação. Ao iniciar a sessão automaticamente os dados em uma planilha, este método oferece uma melhoria significativa na precisão e resolução temporal em relação aos métodos de deslocamento de água que dependem de gravação do volume de gás libertado manualmente. No entanto, embora seja consideravelmente menor no custo do que os métodos que utilizam câmeras e imagem de software de análise para acompanhar a evolução de gás, é geralmente mais baixos na resolução temporal, e tais métodos baseados em câmera também evitar o problema de oscilação leituras em massa de equilíbrio devido à água formando gotas e, portanto, produzir dados que podem ser mais facilmente processadas por diferenciação. O método de deslocamento de água é aplicável para a recolha de qualquer gás que tem uma baixa solubilidade em água. Assim, este protocolo experimental poderia ser modificado para a medição das taxas de geração de gases a partir de outras reacções químicas que evolvem gás fracamente solúvel em águaes.

Devido à sua alta densidade de energia, baterias de lítio-íon são atualmente uma das fontes de energia mais populares para eletrônicos portáteis. No entanto, a quantidade de energia que pode ser fornecida por uma bateria é limitada. Há, portanto, atualmente muito interesse no desenvolvimento de métodos alternativos de fornecimento de energia portátil. Um dos métodos mais promissores é o uso de células de combustível de protões membrana de permuta (PEM), que geram electricidade e de água através da combinação de hidrogénio e oxigénio. células de combustível PEM tem duas vantagens principais sobre baterias. Em primeiro lugar, as células de combustível PEM pode fornecer energia para um muito mais longo período de tempo (desde que um fluxo de hidrogénio é mantida). Em segundo lugar, dependendo da fonte de combustível, as células de combustível PEM podem ter uma densidade de energia muito maior do que as baterias, o que significa que um sistema menor pode fornecer mais energia. 1,2 Como resultado disto, não existe actualmente uma grande quantidade de investigação dirigida em vias de desenvolvimento, as fontes de hidrogênio por demanda portáteis. 2-7 Um método que está actualmente a receber muita atenção é a geração de hidrogénio através da reacção química com a água. 8,9 Um dos parâmetros mais importantes que têm de ser medidos nestas reacções é a evolução de hidrogénio. Para as reacções simples, tais como a libertação de hidrogénio através da adição de materiais de armazenamento de hidrogénio químicos a soluções aquosas, é vantajoso ter um sistema de medição simples, de baixo custo. Um exemplo de um sistema deste tipo é o método de deslocamento de água, em que o volume de gás gerado numa reacção química é medida simplesmente seguindo o volume de água deslocado a partir de um cilindro de medição cheio de água invertida. Esta técnica se originou na calha pneumática, que foi desenvolvido pelo botânico Stephen Hales e depois adaptada e colocar ao seu uso mais famoso por Joseph Priestley para isolar vários gases, incluindo oxigênio, no século 18. 10,11 O método de deslocamento de águaé aplicável a qualquer gás que não é particularmente solúvel em água, incluindo o hidrogénio, e ainda é largamente utilizado para registar o volume de hidrogénio gerado a partir das reacções de vários produtos químicos, tais como boro-hidreto de sódio, alumínio, e ferro-silício, com água. 12 20 No entanto, o método de deslocamento de água clássico, envolvendo a gravação manual das mudanças no nível da água como libertação de gás, é tedioso e pode, a taxas de fluxo de gás mais elevadas, quando o nível da água altera-se rapidamente, ser imprecisos, uma vez que é difícil para o experimentador para tomar uma leitura precisa. dados gravados manualmente também é inerentemente baixa na resolução temporal, como um experimentador não pode realisticamente fazer leituras em intervalos menores do que ~ 10 seg. Vários investigadores têm superar este problema, utilizando câmaras para gravar o software processo de deslocamento de água e a análise de dados para extrair a alteração no volume ao longo do tempo. 21-25 No entanto, esta requires conhecimento de programação de computadores e equipamento relativamente caro. Outros investigadores têm feito uso de medidores de fluxo de massa para registar o fluxo de hidrogénio. 26-29 No entanto, estes são muitas vezes apenas capazes de detectar o gás ao longo de um intervalo estreito, e são mais adequados para aplicações nas quais o fluxo deve ser mantida a uma relativamente constante nível. Uma abordagem mais simples para obter resolução mais alta, os dados mais precisos é canalizar a água deslocada pela evolução de hidrogénio para um recipiente receptor, que fica colocado sobre um balanço de massa. 30-35 A variação deste método aqui descrito faz uso de objectos de vidro de grau laboratorial geral e um baixo custo, saldo disponível comercialmente para registar a evolução de hidrogénio a partir da reacção de silício com soluções aquosa de hidróxido de sódio. Ao invés de ser registrados manualmente, os dados são registrados em uma planilha usando um pacote de software de coleta de dados que permite o equilíbrio para enviar dados para o computador. Deverianotar-se que, embora esta técnica é adequada para medir a libertação de hidrogénio na escala de mililitro, ele não é adequado para medir muito pequeno (devido à incerteza no equilíbrio) ou muito grandes (devido ao tamanho limitado da proveta) volumes de hidrogênio sem adaptação adequado (por exemplo, usando um equilíbrio maior resolução ou uma proveta maior).

<table><tbody><tr><td>WinWedge software</td><td>Taltech</td><td></td><td>http://www.taltech.com/winwedge</td></tr><tr><td>High Resolution Top Loader Balance</td><td>LW Measurements, LLC</td><td>HRB6001</td><td>http://www.lwmeasurements.com/HRB-6001-High-Resoultion-Top-Loader-Balance-p/hrb6001.htm</td></tr><tr><td>Silicon</td><td>Sigma Aldrich</td><td>215619</td><td>325 mesh</td></tr><tr><td>Sodium hydroxide</td><td>Sigma Aldrich</td><td>221465</td><td>Reagent grade</td></tr><tr><td>Aluminium (65.7%)-silicon (34.3%) alloy&amp;nbsp;</td><td>Goodfellow</td><td>275-274-74</td><td></td></tr><tr><td>Excel</td><td>Microsoft</td><td></td><td>https://products.office.com/en-us/excel</td></tr><tr><td>Glass sample vials, 50 x 12 mm</td><td>Scientific Laboratory Supplies</td><td>TUB1152</td><td></td></tr><tr><td>Plastic sheet</td><td></td><td></td><td>Recycled from a smooth-sided plastic drinks bottle</td></tr><tr><td>Silicone tubing, 5 x 8 mm BxO D</td><td>Scientific Laboratory Supplies</td><td>TUB3806</td><td></td></tr><tr><td>Parafilm (2 in. by 250 ft.)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>P7543</td><td></td></tr><tr><td>Adapter</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Z415685</td><td>We used a custom-made adapter in our set-up, but this type of fitting would serve the same function</td></tr></tbody></table>

a simple, low-cost, and robust system to measure the volume of hydrogen evolved by chemical reactions with aqueous solutions

There is a growing research interest in the development of portable systems which can deliver hydrogen on-demand to proton exchange membrane (PEM) hydrogen fuel cells. Researchers seeking to develop such systems require a method of measuring the generated hydrogen. Herein, we describe a simple, low-cost, and robust method to measure the hydrogen generated from the reaction of solids with aqueous solutions. The reactions are conducted in a conventional one-necked round-bottomed flask placed in a temperature controlled water bath. The hydrogen generated from the reaction in the flask is channeled through tubing into a water-filled inverted measuring cylinder. The water displaced from the measuring cylinder by the incoming gas is diverted into a beaker on a balance. The balance is connected to a computer, and the change in the mass reading of the balance over time is recorded using data collection and spreadsheet software programs. The data can then be approximately corrected for water vapor using the method described herein, and parameters such as the total hydrogen yield, the hydrogen generation rate, and the induction period can also be deduced. The size of the measuring cylinder and the resolution of the balance can be changed to adapt the setup to different hydrogen volumes and flow rates.

Para investigar a reprodutibilidade do conjunto experimental, reagiram diferentes massas de silício com soluções aquosas de hidróxido de sódio para gerar hidrogênio. Cada reacção foi realizada em triplicado. As curvas médias de geração de hidrogénio são mostrados na Figura 1. Rendimento total de hidrogénio, taxas de geração de hidrogénio, e os períodos médios de indução para cada massa de silício também foram calculados e são traçados com barras de erro representam um desvio padrão nas Figuras 2, 3, e 4, respectivamente. Havia muito pouco desvio nos rendimentos de hidrogênio total e taxas de geração de hidrogênio entre reações e um maior nível de desvio nos períodos de indução. <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/54383/54383fig1.jpg" /> Figura 1: Exemplo de curvas de Geração de Hidrogênio da Reactina de silício com hidróxido de sódio aquoso. Vários massas de silicone (0,05, 0,10, 0,15, 0,20 e 0,25 g) foram feitos reagir com uma solução aquosa de hidróxido de sódio (5 ml, 20% em peso) a 50 ° C. geração de hidrogénio foi registada durante um período de 10 min. As reacções foram realizadas em triplicado e a média dos resultados. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54383/54383fig1large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/54383/54383fig2.jpg" /> Figura 2:. Exemplo de valores de rendimento de hidrogénio da reacção de silicone com hidróxido de sódio aquoso Os volumes totais de hidrogénio evoluiu em 10 min foram deduzidas a partir das curvas de geração de hidrogénio. Os rendimentos de hidrogênio total médio para cada massa de silício foram obtidos e plotados. Pode ser visto que existe uma relação linear entre a massa óf silício usado na reacção e o volume de hidrogénio gerado sob estas condições de reacção. As barras de erro representam um desvio padrão do total de rendimentos de hidrogênio. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54383/54383fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/54383/54383fig3.jpg" /> Figura 3:. Exemplo de Hidrogénio Geração de valores de taxa a partir da reacção de silicone com hidróxido de sódio aquoso As taxas iniciais ou máximas de geração de hidrogénio para cada massa de silício foram calculadas a partir das curvas de geração de hidrogénio. As taxas de geração de hidrogênio inicial ou média máxima para cada massa de silício foram obtidos e plotados. Pode ser visto que, em média, existe uma relação entre a potência de massa de silicone utilizada na reacção e o hidrogénio ou g inicial máximo<html> eneration taxa observada sob estas condições de reacção. As barras de erro representam um desvio padrão das taxas iniciais ou máximos de geração de hidrogênio. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54383/54383fig3large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/54383/54383fig4.jpg" /> Figura 4:. Exemplo de valores do período de indução da reacção de silicone com hidróxido de sódio aquoso Os períodos de indução para a geração de hidrogénio para cada massa de silício foram deduzidas a partir das curvas de geração de hidrogénio. O período médio de indução para cada massa de silício foi obtido e plotados. Pode ser visto que, em média, não há grande mudança no período de indução entre as experiências. As barras de erro representam um desvio padrão das taxas iniciais ou máxima de geração de hidrogénio.ref = &quot;https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54383/54383fig4large.jpg&quot; target = &quot;_ blank&quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. A Figura 5 mostra alguns resultados representativos de um experimento de sub-óptima. Neste caso, a partir do fluxo de hidrogénio de 200 a 800 seg resulta na acumulação de gotejamento, devido à tensão superficial da água, a qual caiu para aproximadamente 400 a 710 seg. Embora estas gotas não afectam o cálculo da taxa máxima de geração de hidrogénio, eles podem ter um efeito sobre o rendimento total de hidrogénio se, por exemplo, a medição foi interrompida antes do gotejamento caiu. É, portanto, necessário ou alterar as condições de reacção (neste caso, por exemplo, por adição de uma maior massa de liga de alumínio-silício ou usando uma maior concentração de hidróxido de sódio) para garantir um fluxo maior de gás ou a configuração de reacção para evitar o acúmulo de pinga. . Figura 5: Exemplo de um ensaio sub-óptima Nesta experiência, de alumínio (65,7%) - Fez-se reagir de silício (34,3%) de liga (0,2 g) com solução aquosa de hidróxido de sódio (5 ml, 10% em peso) a 40 ° C . Embora as altas velocidades iniciais de evolução de hidrogénio a gravação da geração de hidrogénio é óptimo, como o fluxo diminui a tensão superficial da água os resultados em gotas a ser formado. Os pingos caem em cerca de 400 e 710 sec, neste caso. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54383/54383fig5large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

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A Simple, Low-cost, and Robust System to Measure the Volume of Hydrogen Evolved by Chemical Reactions with Aqueous Solutions

The study of methods to generate on-demand hydrogen for fuel cells continues to grow in importance. However, systems to measure hydrogen evolution from the reaction of chemicals with water can be complicated and expensive. This article details a simple, low-cost, and robust method to measure the evolution of hydrogen gas.

Um simples, de baixo custo e sistema robusto para medir o volume de hidrogênio desprendido por reacções químicas com soluções aquosas

There is a growing research interest in the development of portable systems which can deliver hydrogen on-demand to proton exchange membrane (PEM) ...

a-simple-low-cost-robust-system-to-measure-volume-hydrogen-evolved

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Chemistry

19.5K visualizações.  Loughborough University. The study of methods to generate on-demand hydrogen for fuel cells continues to grow in importance. However, systems to measure hydrogen evolution from the reaction of chemicals with water can be complicated and expensive. This article details a simple, low-cost, and robust method to measure the evolution of hydrogen gas.

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High-pressure Sapphire Cell for Phase Equilibria Measurements of CO2/Organic/Water Systems

The high pressure sapphire cell apparatus was constructed to visually determine the composition of multiphase systems without physical sampling. Specifically, the sapphire cell enables visual data collection from multiple loadings to solve a set of material balances to precisely determine phase composition. Ternary phase diagrams can then be established to determine the proportion of each component in each phase at a given condition. In principle, any ternary system can be studied although ternary systems (gas-liquid-liquid) are the specific examples discussed herein. For instance, the ternary THF-Water-CO2 system was studied at 25 and 40&#160;&#176;C and is described herein. Of key importance, this technique does not require sampling. Circumventing the possible disturbance of the system equilibrium upon sampling, inherent measurement errors, and technical difficulties of physically sampling under pressure is a significant benefit of this technique. Perhaps as important, the sapphire cell also enables the direct visual observation of the phase behavior. In fact, as the CO2 pressure is increased, the homogeneous THF-Water solution phase splits at about 2 MPa. With this technique, it was possible to easily and clearly observe the cloud point and determine the composition of the newly formed phases as a function of pressure.
The data acquired with the sapphire cell technique can be used for many applications. In our case, we measured swelling and composition for tunable solvents, like gas-expanded liquids, gas-expanded ionic liquids and Organic Aqueous Tunable Systems (OATS)1-4. For the latest system, OATS, the high-pressure sapphire cell enabled the study of (1) phase behavior as a function of pressure and temperature, (2) composition of each phase (gas-liquid-liquid) as a function of pressure and temperature and (3) catalyst partitioning in the two liquid phases as a function of pressure and composition. Finally, the sapphire cell is an especially effective tool to gather accurate and reproducible measurements in a timely fashion.

High-pressure Sapphire Cell for Phase Equilibria Measurements of CO2/Organic/Water Systems

The high pressure sapphire cell apparatus is a unique tool to study, without sampling, phase behavior under a wide range of pressures. Using a cathetometer, very precise volume measurements can be recorded to measure liquid expansion and phase composition. Thus, this synthetic method enables the study of (1) phase equilibria of multi-component mixtures and (2) the partition behavior of catalyst or model compounds as a function of pressure.

Sapphire celular de alta pressão para medições de Equilíbrio de Fases de CO<sub&gt; 2</sub&gt; / Orgânicos / Sistemas de Água

The high pressure sapphire cell apparatus was constructed to visually determine the composition of multiphase systems without physical sampling. ...

Química

Protein Film Infrared Electrochemistry Demonstrated for Study of H2 Oxidation by a [NiFe] Hydrogenase

Understanding the chemistry of redox proteins demands methods that provide precise control over redox centers within the protein. The technique of protein film electrochemistry, in which a protein is immobilized on an electrode surface such that the electrode replaces physiological electron donors or acceptors, has provided functional insight into the redox reactions of a range of different proteins. Full chemical understanding requires electrochemical control to be combined with other techniques that can add additional structural and mechanistic insight. Here we demonstrate a technique, protein film infrared electrochemistry, which combines protein film electrochemistry with infrared spectroscopic sampling of redox proteins. The technique uses a multiple-reflection attenuated total reflectance geometry to probe a redox protein immobilized on a high surface area carbon black electrode. Incorporation of this electrode into a flow cell allows solution pH or solute concentrations to be changed during measurements. This is particularly powerful in addressing redox enzymes, where rapid catalytic turnover can be sustained and controlled at the electrode allowing spectroscopic observation of long-lived intermediate species in the catalytic mechanism. We demonstrate the technique with experiments on E. coli hydrogenase 1 under turnover (H2 oxidation) and non-turnover conditions.

Protein Film Infrared Electrochemistry Demonstrated for Study of H2 Oxidation by a [NiFe] Hydrogenase

Here, we describe a technique, protein film infrared electrochemistry, which allows immobilized redox proteins to be studied spectroscopically under direct electrochemical control at a carbon electrode. Infrared spectra of a single protein sample can be recorded at a range of applied potentials and under a variety of solution conditions.

Proteína de filme infravermelho eletroquímica demonstrada por estudo de oxidação de2 H pela hidrogenase [NiFe]

Understanding the chemistry of redox proteins demands methods that provide precise control over redox centers within the protein. The technique of protein ...

Bioquímica

Quantification of Hydrogen Concentrations in Surface and Interface Layers and Bulk Materials through Depth Profiling with Nuclear Reaction Analysis

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and non-destructively reveals the hydrogen density distribution at surfaces, at interfaces, and in the volume of solid materials with high depth resolution. The technique applies a 15N ion beam of 6.385 MeV provided by an electrostatic accelerator and specifically detects the 1H isotope in depths up to about 2 &#956;m from the target surface. Surface H coverages are measured with a sensitivity in the order of ~1013 cm-2 (~1% of a typical atomic monolayer density) and H volume concentrations with a detection limit of ~1018 cm-3 (~100 at. ppm). The near-surface depth resolution is 2-5 nm for surface-normal 15N ion incidence onto the target and can be enhanced to values below 1 nm for very flat targets by adopting a surface-grazing incidence geometry. The method is versatile and readily applied to any high vacuum compatible homogeneous material with a smooth surface (no pores). Electrically conductive targets usually tolerate the ion beam irradiation with negligible degradation. Hydrogen quantitation and correct depth analysis require knowledge of the elementary composition (besides hydrogen) and mass density of the target material. Especially in combination with ultra-high vacuum methods for in-situ target preparation and characterization, 1H(15N,&#945;&#947;)12C NRA is ideally suited for hydrogen analysis at atomically controlled surfaces and nanostructured interfaces. We exemplarily demonstrate here the application of 15N NRA at the MALT Tandem accelerator facility of the University of Tokyo to (1) quantitatively measure the surface coverage and the bulk concentration of hydrogen in the near-surface region of a H2 exposed Pd(110) single crystal, and (2) to determine the depth location and layer density of hydrogen near the interfaces of thin SiO2 films on Si(100).

We illustrate the application of 1H(15N,&#945;&#947;)12C resonant nuclear reaction analysis (NRA) to quantitatively evaluate the density of hydrogen atoms on the surface, in the volume, and at an interfacial layer of solid materials. The near-surface hydrogen depth profiling of a Pd(110) single crystal and of SiO2/Si(100) stacks is described.

Quantificação de concentrações de hidrogénio nas camadas superficiais e interface e materiais a granel através de perfis de profundidade com Análise reação nuclear

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and ...

Engenharia

Measurement of Outgassing Rates of Steels

Steels are commonly used materials in the fabrication of vacuum systems because of their good mechanical, corrosion, and vacuum properties. A variety of steels meet the criterion of low outgassing required for high or ultrahigh vacuum applications. However, a given material can present different outgassing rates depending on its manufacturing process or the various pretreatment processes involved during the fabrication. Thus, the measurement of outgassing rates is highly desirable for a specific vacuum application. For this reason, the rate-of-pressure rise (RoR) method is often used to measure the outgassing of hydrogen after bakeout. In this article, a detailed description of the design and execution of the experimental protocol involved in the RoR method is provided. The RoR method uses a spinning rotor gauge to minimize errors that stem from outgassing or the pumping action of a vacuum gauge. The outgassing rates of two ordinary steels (stainless steel and mild steel) were measured. The measurements were made before and after the heat pretreatment of the steels. The heat pretreatment of steels was performed to reduce the outgassing. Extremely low rates of outgassing (on the order of 10&#8722;11 Pa m3 sec&#8722;1 m&#8722;2) can be routinely measured using relatively small samples.

A protocol for the measurement of outgassing rates of hydrogen from ordinary steel vacuum chambers using the rate-of-pressure rise method is presented.

Medição da Outgassing Preços de aços

Steels are commonly used materials in the fabrication of vacuum systems because of their good mechanical, corrosion, and vacuum properties. A variety of ...

Quantitative Analysis by Thermogravimetry-Mass Spectrum Analysis for Reactions with Evolved Gases

During energy conversion, material production, and metallurgy processes, reactions often have the features of unsteadiness, multistep, and multi-intermediates. Thermogravimetry-mass spectrum (TG-MS) is seen as a powerful tool to study reaction features. However, reaction details and reaction mechanics have not been effectively obtained directly from the ion current of TG-MS. Here, we provide a method of an equivalent characteristic spectrum analysis (ECSA) for analyzing the mass spectrum and giving the mass flow rate of reaction gases as precise as possible. The ECSA can effectively separate overlapping ion peaks and then eliminate the mass discrimination and temperature-dependent effect. Two example experiments are presented: (1) the decomposition of CaCO3 with evolved gas of CO2 and the decomposition of hydromagnesite with evolved gas of CO2 and H2O, to evaluate the ECSA on single-component system measurement and (2) the thermal pyrolysis of Zhundong coal with evolved gases of inorganic gases CO, H2, and CO2, and organic gases C2H4, C2H6, C3H8, C6H14, etc., to evaluate the ECSA on multi-component system measurement. Based on the successful calibration of the characteristic spectrum and relative sensitivity of specific gas and the ECSA on mass spectrum, we demonstrate that the ECSA accurately gives the mass flow rates of each evolved gas, including organic or inorganic gases, for not only single but multi-component reactions, which cannot be implemented by the traditional measurements.

Precise determination of the evolved gases&#39; flow rate is key to study the details of reactions. We provide a novel quantitative analysis method of equivalent characteristic spectrum analysis for thermogravimetry-mass spectrum analysis by establishing the calibration system of the characteristic spectrum and relative sensitivity, for obtaining the flow rate.

Análise quantitativa por análise de espectro de massa termogravimetria para reações com Gases evoluídas

During energy conversion, material production, and metallurgy processes, reactions often have the features of unsteadiness, multistep, and ...

<meta charset="utf8"></head><body>Uma configuração prática e de baixo custo para medir metano em amostras aquosas

Measuring Dissolved Methane in Aquatic Ecosystems Using An Optical Spectroscopy Gas Analyzer

Measuring greenhouse gas (GHG) fluxes and pools in ecosystems are becoming increasingly common in ecological studies due to their relevance to climate change. With it, the need for analytical platforms adaptable to measuring different pools and fluxes within research groups also grows. This study aims to develop a procedure to use portable optical spectroscopy-based gas analyzers, originally designed and marketed for gas flux measurements, to measure GHG concentrations in aqueous samples. The protocol involves the traditional headspace equilibration technique followed by the injection of a headspace gas subsample into a chamber connected through a closed loop to the inlet and outlet ports of the gas analyzer. The chamber is fabricated from a generic mason jar and simple laboratory supplies, and it is an ideal solution for samples that may require pre-injection dilution. Methane concentrations measured with the chamber are tightly correlated (r2 &#62; 0.98) with concentrations determined separately through gas chromatography-flame ionization detection (GC-FID) on subsamples from the same vials. The procedure is particularly relevant for field studies in remote areas where chromatography equipment and supplies are not readily available, offering a practical, cheaper, and more efficient solution for measuring methane and other dissolved greenhouse gas concentrations in aquatic systems.

<meta charset="utf8"></head><body>Medição de metano dissolvido em ecossistemas aquáticos usando um analisador de gás de espectroscopia óptica

This study demonstrates an approach to measure methane gas concentrations in aqueous samples using portable optical analyzers coupled to an injection chamber in a closed loop. The results are similar to conventional gas chromatography, presenting a practical and low-cost alternative particularly suitable for remote field studies.

Medição de metano dissolvido em ecossistemas aquáticos usando um analisador de gás de espectroscopia óptica

Measuring greenhouse gas (GHG) fluxes and pools in ecosystems are becoming increasingly common in ecological studies due to their relevance to climate ...

Ambiente

Developing Photosensitizer-Cobaloxime Hybrids for Solar-Driven H2 Production in Aqueous Aerobic Conditions

Developing photocatalytic H2 production devices is the one of the key steps for constructing a global H2-based renewable energy infrastructure. A number of photoactive assemblies have emerged where a photosensitizer and cobaloxime-based H2 production catalysts work in tandem to convert light energy into the H-H chemical bonds. However, the long-term instability of these assemblies and the need for hazardous proton sources have limited their usage. Here, in this work, we have integrated a stilbene-based organic dye into the periphery of a cobaloxime core via a distinct axial pyridine linkage. This strategy allowed us to develop a photosensitizer-catalyst hybrid structure with the same molecular framework. In this article, we have explained the detailed procedure of the synthesis of this hybrid molecule in addition to its comprehensive chemical characterization. The structural and optical studies have exhibited an intense electronic interaction between the cobaloxime core and the organic photosensitizer. The cobaloxime was active for H2 production even in the presence of water as the proton source. Here, we have developed a simple airtight system connected with an online H2 detector for the investigation of the photocatalytic activity by this hybrid complex. This photosensitizer-catalyst dyad present in the experimental setup continuously produced H2 once it was exposed in the natural sunlight. This photocatalytic H2 production by the hybrid complex was observed in aqueous/organic mixture media in the presence of a sacrificial electron donor under complete aerobic conditions. Thus, this photocatalysis measurement system along with the photosensitizer-catalyst dyad provide valuable insight for the development of next generation photocatalytic H2 production devices.

Developing Photosensitizer-Cobaloxime Hybrids for Solar-Driven H2 Production in Aqueous Aerobic Conditions

We have directly incorporated a stilbene-based organic dye into a cobaloxime core to generate a photosensitizer-catalyst dyad for photocatalytic H2 production. We have also developed a simple experimental setup for evaluating the light-driven H2 production by photocatalytic assemblies.

Desenvolvendo híbridos photosensitizer-Cobaloxime para produção solar-driven H2 em condições aeróbias aquosas

Developing photocatalytic H2 production devices is the one of the key steps for constructing a global H2-based renewable energy infrastructure. A number ...

Hydrogen Production and Utilization in a Membrane Reactor

Industrial hydrogenation consumes ~11 Mt of fossil-derived H2 gas yearly. Our group invented a membrane reactor to bypass the need to use H2 gas for hydrogenation chemistry. The membrane reactor sources hydrogen from water and drives reactions using renewable electricity. In this reactor, a thin piece of Pd separates an electrochemical hydrogen production compartment from a chemical hydrogenation compartment. The Pd in the membrane reactor acts as (i) a hydrogen-selective membrane, (ii) a cathode, and (iii) a catalyst for hydrogenation. Herein, we report the use of atmospheric mass spectrometry (atm-MS) and gas chromatography mass spectrometry (GC-MS) to demonstrate that an applied electrochemical bias across a Pd membrane enables efficient hydrogenation without direct H2 input in a membrane reactor. With atm-MS, we measured a hydrogen permeation of 73%, which enabled the hydrogenation of propiophenone to propylbenzene with 100% selectivity, as measured by GC-MS. In contrast to conventional electrochemical hydrogenation, which is limited to low concentrations of starting material dissolved in a protic electrolyte, the physical separation of hydrogen production from utilization in the membrane reactor enables hydrogenation in any solvent or at any concentration. The use of high concentrations and a wide range of solvents is particularly important for reactor scalability and future commercialization.

Membrane reactors enable hydrogenation in ambient conditions without direct H2 input. We can track the hydrogen production and utilization in these systems using atmospheric mass spectrometry (atm-MS) and gas chromatography mass spectrometry (GC-MS).

Produção e Utilização de Hidrogênio em Reator de Membrana

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Um simples, de baixo custo e sistema robusto para medir o volume de hidrogênio desprendido por reacções químicas com soluções aquosas

Resumo

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