Väitös: Supertietokoneilla suunnitellaan katalyyttejä hiilidioksidin hyötykäyttöön ja kierrätykseen (Lempelto)
Katalyytit ovat vastuussa monien nykyisten kemiallisten prosessien toimivuudesta, mahdollistaen esimerkiksi polymeerien, lannoitteiden sekä kemian- ja lääketeollisuuden lähtöaineiden valmistamisen puhtaasti ja energiatehokkaasti. Nyt niistä etsitään ratkaisuja kestävän tulevaisuuden haasteisiin ja ilmastonmuutoksen hidastamiseen. Aku Lempelto tutki kemian alan väitöskirjassaan hiilidioksidin muuntamiseen metanoliksi sopivia kuparipohjaisia katalyyttejä. Hän käytti työssään hyväkseen kvanttimekaniikkaan perustuvia laskennallisia mallinnusmenetelmiä.
Ilmakehästä tai teollisuuden kaasupäästöistä kerätty hiilidioksidi voidaan yhdessä vedyn kanssa muuntaa metanoliksi tai muunlaisiksi hiilipohjaisiksi tuotteiksi käyttäen esimerkiksi heterogeenisiä metalli‒metallioksidikatalyyttejä. Jos prosessiin käytetty energia tuotetaan uusiutuvista lähteistä, luodaan käytännössä hiilinegatiivinen tapa kierrättää haitalliset päästöt hyödyllisiksi kemikaaleiksi ja polttoaineiksi.
Aku Lempelto tarkasteli Jyväskylän yliopiston väitöskirjatyössään metanolin tuotantoon soveltuvia kupari–sinkki–zirkoniakatalyyttejä. Katalyyttejä tutkittiin kvanttikemiaan perustuvilla laskennallisilla malleilla yhdistettynä ne termodynaamiseen ja kineettiseen matemaattiseen tarkasteluun.
- Väitöstutkimusta tehtiin yhteistyössä Aalto-yliopiston katalyysin tutkimusryhmän kanssa. Laskennallisia malleja sovellettiin atomikerroskasvatuksella valmistettujen todellisten katalyyttien karakterisointiin, selventää Aku Lempelto Jyväskylän yliopistosta.
Katse sinne, missä katalyytti ja kantaja kohtaavat
Nykytiedon valossa katalyytin aktiivisuuden katsotaan syntyvän aktiivisista kohdista metallin ja kantajamateriaalin välisellä rajapinnalla. Väitöstyössä tarkasteltiin rajapinnan muodon ja sinkkipromoottorin rooleja hiilidioksidin aktivoinnissa ja metanolin syntymisessä.
- Tuloksemme osoittavat, kuinka sinkkikeskukset pystyvät valikoivasti stabiloimaan rajapintaan kiinnittyviä reaktiovälituotteita ja siten vaikuttamaan reaktiomekanismiin ja mahdollisesti prosessissa vapautuvien sivutuotteiden määrään, kertoo Lempelto.
Mallinnukseen yhdistetty termodynaaminen tarkastelu ehdottaa zirkoniaan kiinnittyneiden sinkkidioksidipartikkeleiden pysyvän hapettuneessa muodossa myös hyvin pelkistävissä reaktio-olosuhteissa. Se myös viittaa sinkkipromoottorin kykyyn vastustaa kasaantumista zirkoniapinnalla ja metalli–oksidi rajapinnalla.
- Tulokset siis tarjoavat aiempaa tarkemman atomitason näkymän systeemin koostumukseen ja toimintaan realistisissa olosuhteissa. Lisäksi ne toimivat perustana entistä aktiivisempien katalyyttirakenteiden valmistamiseksi, sanoo Lempelto.
Tutkimus on osa Suomen akatemian rahoittamaa Hiili hyödyksi—C1 Value hanketta. Lisäksi väitöstyötä on tukenut Vilho, Yrjö ja Kalle Väisälän rahasto. Tiheysfunktionaaliteoriaan pohjautuvat laskut suoritettiin Tieteen tietotekniikan keskus CSC:n supertietokoneilla.
FM Aku Lempellon väitöskirjan "Computational modelling of carbon dioxide reduction to methanol on heterogeneous zirconia-supported copper catalysts” tarkastustilaisuus pidetään 8.11.2024 klo: 12:00 fysiikan laitosrakennuksen luentosalissa FYS1. Vastaväittäjänä toimii tutkimusjohtaja tohtori Carine Michel (CNRS, Ranska) ja kustoksena professori Karoliina Honkala (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuuden kieli on englanti.
Väitöskirja on julkaistu osana Jyväskylän yliopiston JYU Dissertations -sarjaa ja on saatavilla verkossa osoitteessa http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-86-0360-3
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Vieraileva tutkija Aku Lempelto, aku.p.lempelto@jyu.fi
Elina LeskinenViestinnän asiantuntija
Puh:+358 50 461 7880elina.leskinen@jyu.fiKuvat
Jyväskylän keskustassa sijaitsevan yliopiston kauniilla puistokampuksella sykkii monitieteinen ja moderni tiedeyliopisto – ihmisläheinen ja dynaaminen yhteisö, jonka 2500 asiantuntijaa ja 15 000 opiskelijaa etsivät ja löytävät vastauksia huomisen kysymyksiin. Jyväskylän yliopisto on ollut tulevaisuuden palveluksessa jo vuodesta 1863, jolloin suomenkielinen opettajankoulutus sai alkunsa täältä. Voimanlähteenämme on moniarvoinen vuoropuhelu tutkimuksen, koulutuksen ja yhteiskunnan välillä. Vaalimme tutkimuksen ja koulutuksen tasapainoa sekä ajattelun avoimuutta – sytytämme taidon, tiedon ja intohimon elää viisaasti ihmiskunnan parhaaksi. www.jyu.fi
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Jyväskylän yliopisto
Tiina Kontinen kansainvälisen kehitystutkimuksen professoriksi6.3.2025 09:59:00 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopiston rehtori Jari Ojala on kutsunut Tiina Kontisen professorin tehtävään 1.1.2025 alkaen. Tehtävän ala on kansainvälinen kehitystutkimus, ja se sijoittuu yhteiskuntatieteiden ja filosofian laitokselle, humanistis-yhteiskuntatieteelliseen tiedekuntaan.
Musta haamu, perhekuva ja ninjaliikkeitä: esikoululaiset nykyvalokuvataiteen tulkitsijoina6.3.2025 08:00:00 EET | Tiedote
FM, TaM Mari-Jatta Rissasen väitöstutkimuksessa tarkasteltiin 6-vuotiaita esikoululaisia nykytaiteen valokuvien yleisönä ja valokuvaajina. Tutkimuksessa hahmottuu aikaisempaa monimuotoisempi kuva esikoululaisista visuaalisen kulttuurin tuottajina ja tulkitsijoina.
Ruutuajan rajoittaminen suojaa lasten ja nuorten mielenterveyttä6.3.2025 07:54:42 EET | Tiedote
Tuoreen suomalaistutkimuksen mukaan runsaampi liikkuminen ja vähäisempi ruutuaika lapsuudessa ja nuoruudessa ovat yhteydessä parempaan mielenterveyteen nuoruusiässä. Tutkimuksen tulokset ovat merkittäviä, sillä mielenterveyden ongelmat ovat suuri yhteiskunnallinen haaste ja ne koskettavat jopa 30 % nuorista. Tulosten valossa liikunnan lisääminen ja ruutuajan rajoittaminen lapsuudesta alkaen voi auttaa ehkäisemään mielenterveyden ongelmia.
Yliopiston vuosijuhlassa 2025 palkittiin ansioituneita yliopistolaisia5.3.2025 19:00:00 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopisto vietti vuosijuhlaa 5.3. jakamalla tunnustuksia tieteen ja opetuksen saralla ansioituneille yliopistolaisille. Jyväskylän yliopistosäätiö myönsi yhdeksän palkintoa, kaikki arvoltaan 3 000 euroa. Lisäksi jaettiin Ellen ja Artturi Nyyssösen säätiön tunnustuspalkinto 5 000 euroa.
Tuore professori Jan Kujala tuo edistysaskeleita aivokuvantamisen analyyseihin4.3.2025 08:35:46 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopiston rehtori Jari Ojala on kutsunut Jan Kujalan aivojen kehityksen professorin tehtävään 1.2.2025 alkaen. Professuuri sijoittuu kasvatustieteiden ja psykologian tiedekuntaan psykologian laitokseen.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme