The configuration of the flow channel on a bipolar plate of a proton exchange membrane fuel cell(PEMFC) for efficient reactant supply has great influence on the performance of the fuel cell. Recent demand for higher energy density fuel cells requires an increase in current density at mid voltage range and a decrease in concentration overvoltage at high current density. Therefore, an interdigitated flow channel where mass transfer rate by convection through a gas diffusion layer is greater than the mass transfer by a diffusion mechanism through a gas diffusion layer was recently proposed. This study attempts to analyze the i-V performance, mass transfer and pressure drop in interdigitated flow channels by developing a fully three dimensional simulation model for PEMFC that can deal with anode and cathode flow together. The results indicate that the trade off between performance and pressure loss should be considered for efficient design of flow channels. Although the performance of the fuel cell with interdigitated flow is better than that with conventional flow channels due to a strong mass transfer rate by convection across a gas diffusion layer, there is also an increase in friction due to the strong convection through the porous diffusion layer accompanied by a larger pressure drop along the flow channel. It was evident that the proper selection of the ratio of channel and rib width under counter flow conditions in the fuel cell with interdigitated flow are necessary to optimize the interdigitated flow field design.
[6]-Gingerol is known as the major bioactive constituent of ginger. In the study, it was observed to effectively protect against ${\bullet}OH$-induced DNA damage ($IC_{50}$$328.60{\pm}24.41{\mu}M$). Antioxidant assays indicated that [6]-gingerol could efficiently scavenge various free radicals, including ${\bullet}OH$ radical ($IC_{50}$$70.39{\pm}1.23{\mu}M$), ${\bullet}O_2{^-}$ radical ($IC_{50}$$228.40{\pm}9.20{\mu}M$), $DPPH{\bullet}$radical ($IC_{50}$$27.35{\pm}1.44{\mu}M$), and $ABTS{^+}{\bullet}$radical ($IC_{50}$$2.53{\pm}0.070{\mu}M$), and reduce $Cu^{2+}$ ion ($IC_{50}$$11.97{\pm}0.68{\mu}M$). In order to investigate the possible mechanism, the reaction product of [6]-gingerol and $DPPH{\bullet}$ radical was further measured using HPLC combined mass spectrometry. The product showed a molecular ion peak at m/z 316 $[M+Na]^+$, and diagnostic fragment loss (m/z 28) for quinone. On this basis, it can be concluded that: (i) [6]-gingerol can effectively protect against ${\bullet}OH$-induced DNA damage; (ii) a possible mechanism for [6]-gingerol to protect against oxidative damage is ${\bullet}OH$ radical scavenging; (iii) [6]-gingerol scavenges ${\bullet}OH$ radical through hydrogen atom ($H{\bullet}$) transfer (HAT) and sequential electron (e) proton transfer (SEPT) mechanisms; and (iv) both mechanisms make [6]-gingerol be oxidized to semi-quinone or quinone forms.
Lee, Suho;Moon, Hyunji;Kim, Gayoung;Cho, Jeong Hoon;Lee, Dae-Hee;Ye, Michael B.;Park, Daeho
Molecules and Cells
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제38권7호
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pp.657-662
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2015
Rapid and efficient engulfment of apoptotic cells is an essential property of phagocytes for removal of the large number of apoptotic cells generated in multicellular organisms. To achieve this, phagocytes need to be able to continuously uptake apoptotic cells. It was recently reported that uncoupling protein 2 (Ucp2) promotes engulfment of apoptotic cells by increasing the phagocytic capacity, thereby allowing cells to continuously ingest apoptotic cells. However, the functions of Ucp2, beyond its possible role in dissipating the mitochondrial membrane potential, that contribute to elevation of the phagocytic capacity have not been determined. Here, we report that the anion transfer or nucleotide binding activity of Ucp2, as well as its dissipation of the mitochondrial membrane potential, is necessary for Ucp2-mediated engulfment of apoptotic cells. To study these properties, we generated Ucp2 mutations that affected three different functions of Ucp2, namely, dissipation of the mitochondrial membrane potential, transfer of anions, and binding of purine nucleotides. Mutations of Ucp2 that affected the proton leak did not enhance the engulfment of apoptotic cells. Although anion transfer and nucleotide binding mutations did not affect the mitochondrial membrane potential, they exerted a dominant-negative effect on Ucp2-mediated engulfment. Furthermore, none of our Ucp2 mutations increased the phagocytic capacity. We conclude that dissipation of the proton gradient by Ucp2 is not the only determinant of the phagocytic capacity and that anion transfer or nucleotide binding by Ucp2 is also essential for Ucp2-mediated engulfment of apoptotic cells.
The model based on the idea that the p$_y$-orbital of the carbonyl oxygen is responsible to receiving hydrogen was devised for simulation of intramolecular hydrogen transfer. A Monte Carlo method was applied to free rotation of a molecular chain performed by changing the dihedral angles, and a "hit" was defined as the case when the migrating hydrogen comes within the region defined as the p$_y$-orbital and satisfies all the geometrical requirements for abstraction. A set of parameters was employed for defining the region and the requirements; $\tau$ was defined as the angle formed between O...H vector and its projection on the mean plane of the carbonyl group (- 43$\circ$ < $\tau$ < + 43$\circ$), $\Delta$ as the C=O...H angle (90 -15$\circ$ < $\Delta$ < 90 + 15$\circ$), $\theta$ as the O...H - C angle ( 180 - 80$\circ$< 0 < 180 + 80$\circ$), d as the distance from the center of the lobe of the p$_y$-orbital to hydrogen (0 < d < 1.04 ${\AA}$). The minimum value for the distance between carbonyl oxygen (O$_1$) and the migrating hydrogen (H$_i$) and for that between non-bonded atoms except the pair of O$_1$ and H$_i$ were assumed to be 0.52 ${\AA}$ and 1.54 ${\AA}$, respectively. The apphcation of this model to intramolecular $\beta$-, $\gamma$-, $\delta$-, $\epsilon$-, and $\zeta$-hydrogen abstraction in ketones and $\eta$- and $\theta$- proton transfer in oxoesters gave good results reflecting their photochemical behavior. The model was also used for prediction of photoreactivities of 2-(N,N-dibenzylamino)ethyl 2-, 3- and 4-benzoylbenzoate (1a - c). (1a - c).
Park, Hyoung-Ryun;Liu, Hai-Bo;Shin, Sung-Chul;Park, Jong-Keun;Bark, Ki-Min
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제32권3호
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pp.981-987
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2011
The anomalous spectroscopic properties of quercetin-3-O-rhamnoside (QCRM) and quercetin-3-O-rutinoside (QCRT) in AOT reverse micelle were studied. The excited state intramolecular proton transfer (ESIPT) occurs through the strong hydrogen bond between the -OH at position 5 and the carbonyl oxygen. Because the ESIPT can only happens in the $S_1$ state and the Franck-Condon factor involved in the $S_2\;{\rightarrow}\;S_1$ internal conversion is small, the $S_2\;{\rightarrow}\;S_o$ emission alone appears. Because the molecular planarity is improved at the interior of the micelle, the excited state intramolecular charge transfer in the $S_1$ state is extended, and the excited state is more tolerable for any quenching effects in the micelle. Therefore, an $S_1\;{\rightarrow}\;S_o$ emission was newly discovered under this micelle microenvironment. For the $S_2\;{\rightarrow}\;S_o$ emission, the quantum yields increase but the quantum yield of the $S_1\;{\rightarrow}\;S_o$ emission approximately decreases as the water concentration in the micelle increases.
In proton exchange membrane fuel cell, the heat is generated at the catalyst layer as result of exothermic electrochemical reaction. This heat increases temperature of gas diffusion layer and membrane whose conductivity is very sensitive to humidity, function of temperature. So it is very important to analysis heat transfer through fuel cell to maintain temperature at specified range. In this paper numerical simulation was done including reversible, irreversible, ionic resistance, water formation loss to source term of energy equation. Results show that irreversible and water formation loss contributes mainly to energy source term and as current density increases, all of energy source terms become increased and Nusselt number is increased as results of more heat generation. Particularly irreversible loss is found to be predominant among the all energy source and water formation at cathode channel influences the temperature distribution of fuel cell greatly.
The "grafting from" technology to prepare the well-defined microphase-separated structure of polymer using atom transfer radical polymerization (ATRP) will be introduced in this presentation. Various amphiphilic comb copolymers were synthesized through this approach using poly (vinylidene fluoride) (PVDF), poly (vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene) (P(VDF-co-CTFE) and poly(vinyl chloride) (PVC) as a macroinitiator. Hydrophilic side chains such as poly (styrene sulfonic acid) (PSSA) or poly (sulfopropyl methacrylate) (PSPMA) were grafted from the mains chains using direct initiation of the chlorine atoms. The structure of mass transport channels has been controlled and fixed by crosslinking the hydrophobic domains, which also provides the greater mechanical properties of membranes. Successful synthesis and microphase-separated structure of the polymer were confirmed by $^1H$ NMR, FT-IR spectroscopy and TEM. The grafted/crosslinked membranes exhibited good mechanical properties (400 MPa of Young's modulus) and high thermal stability (up to $300^{\circ}C$), as determined by a universal testing machine (UTM) and TGA, respectively.
Park, Hyoung-Ryun;Im, Seo-Eun;Seo, Jung-Ja;Bark, Ki-Min
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제35권3호
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pp.828-832
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2014
The spectroscopic properties of quercetin (QCT) were studied in the AOT reverse micelle by fluorescence spectroscopy. Because the molecular structure of QCT is completely planar, excited state intramolecular proton transfer (ESIPT) occurs between the -OH at C(5) and carbonyl oxygen via intramolecular hydrogen bonding. This ESIPT happens at the $S_1$ state but not at the $S_2$ state. Because QCT is a good donor-acceptor-conjugated molecule at the excited state, this molecule can emit strong fluorescence but shows no $S_1{\rightarrow}S_o$ emission due to this ESIPT. Since the $S_2{\rightarrow}S_1$ internal conversion was very slow due to the small Franck-Condon factors, $S_2{\rightarrow}S_o$ fluorescence emission was observed. All of the experimental results indicated that the QCT resided at the bound water interface and that the position of solute did not change significantly in the micelle at various water concentrations.
As the costs of carbon-footprinetd fuels grow continuously and simultaneously atmospheric carbon dioxide concentration increases, solar fuels are receiving growing attention as alternative clean energy carriers. These fuels include molecular hydrogen and hydrogen peroxide produced from water, and hydrocarbons converted from carbon dioxide. For high efficiency solar fuel production, not only light absorbers (oxide semiconductors, Si, inorganic complexes, etc) should absorb most sunlight, but also charge separation and interfacial charge transfers need to occur efficiently. With this in mind, this talk will introduce the fundamentals of solar fuel production and artificial photosynthesis, and then discuss in detail on photoelectrochemical (PEC) water splitting and CO2 conversion. This talk largely divides into two section: PEC water oxidation and PEC CO2 reduction. The former is very important for proton-coupled electron transfer to CO2. For this oxidation, a variety of oxide semiconductors have been tested including TiO2, ZnO, WO3, BiVO4, and Fe2O3. Although they are essentially capable of oxidizing water into molecular oxygen, the efficiency is very low primarily because of high overpotentials and slow kinetics. This challenge has been overcome by coupling with oxygen evolving catalysts (OECs) and/or doping donor elements. In the latter, surface-modified p-Si electrodes are fabricated to absorb visible light and catalyze the CO2 reduction. For modification, metal nanoparticles are electrodeposited on the p-Si and their PEC performance is compared.
Several one-electron reduction products of ${\gamma}$(1,2)-[$H_nSiV_2W_{10}O_{40}]^{(6-n)-}$ were separated by precipitating or coprecipitating with diamagnetic host compounds at different pH. Mono-and diprotonated species, 1 and 2, in powder samples exhibit aPR spectra characteristic of a mononuclear oxovanadium species, indicating that the unpaired electron is trapped at one vanadium atom. The EPR spectrum of the unprotonated species 0 shows 15 parallel lines, indicating that the unpaired electron interacts equally with two vanadium atoms. While different species were precipitated depending upon the pH of the solution and the charge of the host anion, only one species 1' was formed in the frozen solutions at pH 3.2-4.7. The EPR spectrum of 1' indicates that the unpaired electron is trapped at one vanadium atom and 1/16 of the spin density is delocalized onto the second vanadium atom. The species 1' is probably another form of the monoprotonated species. The EPR spectra show that some of 2 transform into 1 and some of 0 transform into 1' in the solid state at low temperatures. It is suggested that proton transfer between the heteropolyanion and water molecues in the solid state is involved in these transformations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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