Oxygen adsorption on Cu(510)

Tässä työssä on tutkittu kuparin (510)-askelpinnan reaktiivisuutta käyttäen apuna kvanttimekaanisia ab initio laskentamenetelmiä. Tutkimus on toteutettu laskemalla happiatomin adsorptioenergia ja tilatiheys erilaisissa potentiaalisissa adsorptiopaikoissa pinnalla. Myös happimolekyylin adsorptiota ja hajoamista ontarkasteltu laskemalla pintaa lähestyvälle molekyylille potentiaalienergiapintoja. Energiapintojen tuloksia on myös täydennetty kvanttimekaanisilla molekyylidynamiikkalaskuilla. Metallisia askelpintoja pidetään yleisesti sileitä pintoja reaktiivisempina happea kohtaan, johtuen askeleen reunan pienentävästä vaikutuksesta molekyylin hajoamisen tiellä olevaan energiavaliin. On kuitenkin olemassa myös tuloksia, jotka osoittavat hapen tarttumisprosessin olevan hallitseva juuri terassialueella, askeleen reunan sijasta. Tässä työssä on todettu hapen adsorboituvan Cu(510)-pinnalla tehokkaimmin juuri terassilla olevaan hollow-paikkaan. Myös adsorptioenergiat ovat tällä pinnalla pienempiä kuin sileällä (100)-pinnalla. Potentiaalienergiapintojen perusteella Cu(510)-pinnan todetaan myös olevan vähemmän reaktiivinen kuin askelpintojen yleisesti odotetaan olevan, vaikka askeleen reunan todetaankin pienentävän happiatominhajoamisen esteenä olevaa energiavallia.

Effect of antifoams on oxygen mass transfer in pulp and paper mill effluents

Vaahdonestoaineiden haitallinen vaikutus hapen liukenemisnopeuteen biologisen puhdistamon jätevesissä on yleisesti tunnettua. Aineiden eri vaikutusmekanismien takia on silti vaikea etukäteen arvioida, miten ja kuinka paljon aineensiirto muuttuu. Työn tavoitteena oli saada tietoa vaahdonestoaineiden ja muiden pinta-aktiivisten aineiden vaikutuksesta kuplakokoon, kaasun tilavuusosuuteen ja kaasu-neste aineensiirtoon. Työn teoriaosassa on kuvailtu vaahdon muodostumiseen vaikuttavia tekijöitä sekä eri vaahdonestoaineiden vaikutusmekanismeja sellu- ja paperitehtaan jätevedessä. Edelleen on esitetty useita hapen siirtoa estäviä ja parantavia aineita. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin kahdenkymmenenviiden eri pinta-aktiivisen aineen vaikutusta hapen liukenemisnopeuteen yksivaiheisessa kuplakolonnissa. Kokeet tehtiin kahdella pitoisuudella, kahdella eri kaasunjakolaitteella ja kolmella eri kaasun tyhjäputkinopeudella. Aineensiirtokokeiden rinnalla tutkittiin jätevesien laatu- ja fysikaalisiaominaisuuksia, niiden vaikutusta hapen liukenemisnopeuteen sekä testattavien koeaineiden vaikutusta fysikaalisin ominaisuuksiin. Kokeet osoittavat että pinta-aktiivisten aineiden vaikutus hapen aineensiirtoon vaihtelee riippuen kaasunjakolaitteesta ja aineen pitoisuuksista. Testatuista vaahdonestonaineista pienin negatiivinen vaikutus oli aineella AT 35 ja positiivinen vaikutustodettiin olevan vaahdonestoaineiden komponenteilla: P2, S1, F4 ja T9.

Oxygen adsorption on Cu(211) and structurally and chemically modified Cu(100)

Kuparipinnan hapettuminen on viimevuosina ollut suosittu tutkimuskohde materiaalitieteissä kuparin laajan teollisuuskäytön vuoksi. Teollisuussovellusten, kuten suojaavien pintaoksidien kehittäminen vaatii kuitenkin syvällistä tuntemusta hapettumisprosessista ja toisaalta myös normaaliolosuhteissa materiaalissa esiintyvien hilavirheiden vaikutuksesta siihen. Tässä työssä keskitytäänkin tutkimaan juuri niitä mekanismeja, joilla erilaiset pintavirheet ja porrastettu pintarakenne vaikuttavathapen adsorptioprosessiin kuparipinnalla. Tutkimus on tehty käyttämällä laskennallisia menetelmiä sekä VASP- ja SIESTA-ohjelmistoja. Työssätutkittiin kemiallisia ja rakenteellisia virheitä Cu(100)-pinnalla, joka on reaktiivisin matalanMillerin indeksin pinta ja porrastetun pinnan tutkimuksessa käytettiin Cu(211)-pintaa, joka puolestaan on yksinkertainen, stabiili ja aiemmissa tutkimuksissa usein käytetty pintarakenne. Työssä tutkitut hilavirheet, adatomit, vähentävät molekyylin dissosiaatiota kuparipinnalla, kun taas vakanssit toimivat dissosiaation keskuksina. Kemiallisena epäpuhtautena käytetty hopeakerros ei estä kuparin hapettumista, sillä happi aiheuttaa mielenkiintoisen segregaatioilmiön, jossa hopeatyöntyy syvemmälle pinnassa jättäen kuparipinnan suojaamattomaksi. Porrastetulla pinnalla (100)-hollow on todennäköisin paikka molekyylin dissosiaatiolle, kun taas portaan bridge-paikka on suotuisin molekulaariselle adsorptiolle. Lisäksi kuparin steppipinnan todettiin olevan reaktiivisempi kuin tasaiset kuparipinnat.

The effect of oxygen delignification on fiber properties in kraft pulp production - a review

Fiber damages comprise fiber deformations, characterized as fiber curl, kink, dislocations and strength losses as well as some yet unidentified factors. This recently discovered phenomenon is especially evident in mill scale kraftpulps. Laboratory produced pulps tend to have less damages and superior strength properties compared to those produced in pulp mills. Generally fiber damages pose a problem in the production of reinforcement pulp because they tend to decrease the ability of fibers to transmit load. Previous studies on fiber damage have shown that most of the fiber damages occur during brown stock processing starting from cooking and discharging. This literature review gives an overall picture on fiber damages occurring during softwood kraft pulp production with an emphasis on the oxygen delignification stage. In addition the oxygen delignification stage itself is described in more detailed extent in order to understand the mechanisms behind the delignification and fiber damaging effect. The literature available on this subject is unfortunately quite contradictory and implicates a lotof different terms. Only a few studies have been published which help to understand the nature of fiber damages. For that reason the knowledge presented in this work is not only based on previous studies but also on research scientist and mill staff interviews.

TGF-β dependent regulation of oxygen radicals during transdifferentiation of activated hepatic stellate cells to myofibroblastoid cells

Background: The activation of hepatic stellate cells (HSCs) plays a pivotal role during liver injury because the resulting myofibroblasts (MFBs) are mainly responsible for connective tissue re-assembly. MFBs represent therefore cellular targets for anti-fibrotic therapy. In this study, we employed activated HSCs, termed M1-4HSCs, whose transdifferentiation to myofibroblastoid cells (named M-HTs) depends on transforming growth factor (TGF)-β. We analyzed the oxidative stress induced by TGF-β and examined cellular defense mechanisms upon transdifferentiation of HSCs to M-HTs. Results: We found reactive oxygen species (ROS) significantly upregulated in M1-4HSCs within 72 hours of TGF-β administration. In contrast, M-HTs harbored lower intracellular ROS content than M1-4HSCs, despite of elevated NADPH oxidase activity. These observations indicated an upregulation of cellular defense mechanisms in order to protect cells from harmful consequences caused by oxidative stress. In line with this hypothesis, superoxide dismutase activation provided the resistance to augmented radical production in M-HTs, and glutathione rather than catalase was responsible for intracellular hydrogen peroxide removal. Finally, the TGF-β/NADPH oxidase mediated ROS production correlated with the upregulation of AP-1 as well as platelet-derived growth factor receptor subunits, which points to important contributions in establishing antioxidant defense. Conclusion: The data provide evidence that TGF-β induces NADPH oxidase activity which causes radical production upon the transdifferentiation of activated HSCs to M-HTs. Myofibroblastoid cells are equipped with high levels of superoxide dismutase activity as well as glutathione to counterbalance NADPH oxidase dependent oxidative stress and to avoid cellular damage.

Anomalous optical and electrical recovery process of photoquenched EL2 defect produced by oxygen and boron ion implantation in gallium arsenide

The optical and electrical recovery processes of the metastable state of the EL2 defect artificially created in n‐type GaAs by boron or oxygen implantation are analyzed at 80 K using optical isothermal transient spectroscopy. In both cases, we have found an inhibition of the electrical recovery and the existence of an optical recovery in the range 1.1-1.4 eV, competing with the photoquenching effect. The similar results obtained with both elements and the different behavior observed in comparison with the native EL2 defect has been related to the network damage produced by the implantation process. From the different behavior with the technological process, it can be deduced that the electrical and optical anomalies have a different origin. The electrical inhibition is due to the existence of an interaction between the EL2 defect and other implantation‐created defects. However, the optical recovery seems to be related to a change in the microscopic metastable state configuration involving the presence of vacancies

Biogeochemical processes controlling oxygen and carbon isotopes of diatom silica in Late Glacial to Holocene lacustrine rhythmites

Biogeochemical cycles and sedimentary records in lakes are related to climate controls on hydrology and catchment processes. Changes in the isotopic imposition of the diatom frustules (δ 18 O diatom and δ 13 C diatom ) in lacustrine sediments can be used to reconstruct palaeoclimatic and palaeoenvironmental changes. The Lago Chungará (Andean Altiplano, 18°15 ′ S, 69°10 ′ W, 4520 masl) diatomaceous laminated sediments are made up of white and green multiannual rhythmites. White laminae were formed during short-term diatom super-blooms, and are composed almost exclusively of large-sized Cyclostephanos andinus.These diatoms bloom during mixing events when recycled nutrients from the bottom waters are brought to the surface and/or when nutrients are introduced from the catchment during periods of strong runoff. Conversely, the green laminae are thought to have been deposited over several years and are composed of a mixture of diatoms (mainly smaller valves of C. andinus and Discostella stelligera ) and organic matter. These green laminae reflect the lake's hydrological recovery from a status favouring the diatom super-blooms (white laminae) towards baseline conditions. δ 18 O diatom and δ 13 C diatom from 11,990 to 11,530 cal years BP allow us to reconstruct shifts in the precipitation/evaporation ratio and changes in the lake water dissolved carbon concentration, respectively. δ 18 O diatom values indicate that white laminae formation occurred mainly during low lake level stages, whereas green laminae formation generally occurred during high lake level stages. The isotope and chronostratigraphical data together suggest that white laminae deposition is caused by extraordinary environmental events. El Niño-Southern Oscillation and changes in solar activity are the most likely climate forcing mechanisms that could trigger such events, favouring hydrological changes at interannual-to-decadal scale. This study demonstrates the potential for laminated lake sediments to document extreme pluriannual events.

Oxygen adsorption on clean and oxygen precovered Cu(100)

Kuparipinnan hapettumisen alkuvaiheet ovat vielä nykyisin tutkijoille epäselviä. Kuitenkin, jotta hapettumisprosessia voitaisiin säädellä, on sangen tärkeää ymmärtää mistä varsinainen hapettuminen lähtee liikkeelle ja mitkä ovat hapettumisen seuraavat vaiheet. Tähän kysymykseen haetaan vastauksia tässä työssä käyttäen puhtaasti teoreettisia menetelmiä pinnan käsittelyssä. Aikaisempien teoreettisten ja kokeellisten tutkimusten välillä on pieni ristiriita liittyen hapen tarttumistodennäköisyyteen. Teoreettisten tutkimusten mukaan happi ei puhtaalle pinnalle tullessaan näe potentiaalivallia, mutta kokeelliset tutkimukset osoittavat sellaisen kuitenkin olevan. Tuohon ristiriitaan pureudutaan käyttäen aikaisemmista laskuista poikkeavaa kvanttimekaaniseen molekyylidynamiikkaan perustuvaa lähestymistapaa. Työssä havaitaan, että aikaisemmin yleisesti käytetty menetelmä hukkaa huomattavan määrän tietoa ja siten tutkijat eivät voi ainoastaan tyytyä tarkastelemaan kyseisellä menetelmällä saatuja tuloksia. Kuparipinnalle havaittiin, että korkeilla molekyylin kineettisen energian arvolla aikaisemmin suoritetut laskut hajottavista trajektoreista pitävät paikkansa, mutta matalilla kineettisen energian arvoilla molekyyli kohtaa erittäin voimakkaan ``steering'' vaikutuksen ja trajektorit joiden piti olla hajottavia johtavatkin molekulaariseen adsorptioon. Kun hapen konsentraatio pinnalla on suurempi kuin 0.5 ML, pinta rekonstruoituu. Myös rekonstruktion jälkeistä pintaa on tutkittu samanlaisilla menetelmillä kuin puhdasta pintaa. Rekonstruoituneelle pinnalle ei löydetty hajottavia trajektoreita ja havaittiin, että hapelle annetun kineettisen energian matalilla arvoilla myös tässä tapauksessa on erittäin voimakas ``steering'' vaikutus.

Combinative effects of β-Lapachone and APO866 on pancreatic cancer cell death through reactive oxygen species production and PARP-1 activation.

UNLABELLED: Pancreatic cancer (PC) is one of the most lethal human malignancies and a major health problem. Patients diagnosed with PC and treated with conventional approaches have an overall 5-year survival rate of less than 5%. Novel strategies are needed to treat this disease. Herein, we propose a combinatorial strategy that targets two unrelated metabolic enzymes overexpressed in PC cells: NAD(P)H: quinone oxidoreductase-1 (NQO1) and nicotinamide phosphoribosyl transferase (NAMPT) using β-lapachone (BL) and APO866, respectively. We show that BL tremendously enhances the antitumor activity of APO866 on various PC cell lines without affecting normal cells, in a PARP-1 dependent manner. The chemopotentiation of APO866 with BL was characterized by the following: (i) nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) depletion; (ii) catalase (CAT) degradation; (iii) excessive H2O2 production; (iv) dramatic drop of mitochondrial membrane potential (MMP); and finally (v) autophagic-associated cell death. H2O2 production, loss of MMP and cell death (but not NAD depletion) were abrogated by exogenous supplementation with CAT or pharmacological or genetic inhibition of PARP-1. Our data demonstrates that the combination of a non-lethal dose of BL and low dose of APO866 optimizes significantly cell death on various PC lines over both compounds given separately and open new and promising combination in PC therapy.

First principles analysis of the stability and diffusion of oxygen vacancies in meetal oxides

Oxygen vacancies in metal oxides are known to determine their chemistry and physics. The properties of neutral oxygen vacancies in metal oxides of increasing complexity (MgO, CaO, alpha-Al2O3, and ZnO) have been studied using density functional theory. Vacancy formation energies, vacancy-vacancy interaction, and the barriers for vacancy migration are determined and rationalized in terms of the ionicity, the Madelung potential, and lattice relaxation. It is found that the Madelung potential controls the oxygen vacancy properties of highly ionic oxides whereas a more complex picture arises for covalent ZnO.

Oxygen vacancies as active sites for water dissociation on rutile TiO2(110)

Through an interplay between scanning tunneling microscopy experiments and density functional theory calculations, we determine unambiguously the active surface site responsible for the dissociation of water molecules adsorbed on rutile TiO2(110). Oxygen vacancies in the surface layer are shown to dissociate H2O through the transfer of one proton to a nearby oxygen atom, forming two hydroxyl groups for every vacancy. The amount of water dissociation is limited by the density of oxygen vacancies present on the clean surface exclusively. The dissociation process sets in as soon as molecular water is able to diffuse to the active site.

Bonding of gold nanoclusters to oxygen vacancies on rutile TiO2(110)

Through an interplay between scanning tunneling microscopy (STM) and density functional theory (DFT) calculations, we show that bridging oxygen vacancies are the active nucleation sites for Au clusters on the rutile TiO2(110) surface. We find that a direct correlation exists between a decrease in density of vacancies and the amount of Au deposited. From the DFT calculations we find that the oxygen vacancy is indeed the strongest Au binding site. We show both experimentally and theoretically that a single oxygen vacancy can bind 3 Au atoms on average. In view of the presented results, a new growth model for the TiO2(110) system involving vacancy-cluster complex diffusion is presented.