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
Uusi kirja hiilihydraateista ja niiden johdannaisista27.12.2024 07:00:00 EET | Tiedote
Moninaisten biosynteesivaiheiden kautta fotosynteesin reaktiotuotteina syntyviä hiilihydraatteja tavataan runsaasti kasvibiomassassa. Niiden hyötykäyttö yhdistettynä kiertotalouteen muodostaa yhä enenevässä määrin kasvavan globaalin suuntauksen.
Kaksivuotisen esiopetuksen kokeilu muutti viisivuotiaiden lasten kasvuympäristöä varhaiskasvatuksessa20.12.2024 07:00:00 EET | Tiedote
Vuosina 2021–2024 toteutetun kaksivuotisen esiopetuksen kokeilun seurannassa arvioidaan paitsi lasten oppimisvalmiuksien kehittymistä myös kokeilun yhteyksiä esiopetus- ja varhaiskasvatustoiminnan järjestämiseen. Jyväskylän yliopiston tutkijat ovat tarkastelleet varhaiskasvatuksen laadun rakennetekijöitä kaksivuotisen esiopetuksen kokeilun kokeilu- ja verrokkiryhmissä.
Jyväskylän yliopiston tutkimushankkeille 2,5 miljoonan euron EU:n Horisontti Eurooppa -rahoitus19.12.2024 09:15:00 EET | Tiedote
Horisontti Eurooppa (Horizon Europe) on EU:n tutkimuksen ja innovoinnin puiteohjelma vuosille 2021–2027. Ohjelman tavoitteena on luoda Eurooppaan kasvua ja uusia työpaikkoja vahvistamalla EU-alueen tieteellistä osaamista, tukemalla uusien teknologioiden ja innovaatioiden kehitystä ja käyttöönottoa yrityksissä ja etsimällä ratkaisuja suuriin yhteiskunnallisiin haasteisiin Euroopassa. Jyväskylän yliopiston hankkeet saivat ohjelmasta rahoitusta 2,5 miljoonaa euroa. Hankkeet käynnistyvät alkuvuodesta.
Mielen hyvinvointi ja liikkuminen voivat muodostaa positiivisen kehän19.12.2024 07:00:00 EET | Tiedote
Tuoreen tutkimuksen mukaan taipumus kokea positiivisia tunteita myötävaikutti siihen, että ihmiset olivat koronarajoitusten aikaan fyysisesti aktiivisia tai jopa lisäsivät aktiivisuuttaan. Masennusoireiden yhteys fyysiseen aktiivisuuteen oli päinvastainen. Tulokset viittaavat siihen, että mielen hyvinvointi voi auttaa ylläpitämään liikunnallisesti aktiivista elämäntapaa. Mielen hyvinvointi ja liikkuminen voivatkin muodostaa positiivisen kehän.
ERC-miljoonarahoituksella pyritään luomaan yhtenäistävä matemaattinen teoria Charles Darwinin 1800-luvulla kehittämästä seksuaalivalinnan teoriasta18.12.2024 07:10:00 EET | Tiedote
Euroopan tutkimusneuvosto ERC on myöntänyt Jyväskylän yliopiston bio- ja ympäristötieteiden apulaisprofessori Jussi Lehtoselle merkittävän ERC Consolidator Grant -rahoituksen. Viisivuotinen rahoitus on arvoltaan noin 1,8 miljoonaa euroa. Matemaattiseen evoluutiobiologiaan kuuluva tutkimus keskittyy yhtenäistämään kiisteltyä seksuaalivalinnan tutkimuskenttää kehittämällä yhtenäisen matemaattisen viitekehyksen, joka kattaa kaikki seksuaalivalinnan merkittävät teoriat.
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