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
Jyväskylän yliopiston hallituksen yliopistoyhteisön ulkopuolisiksi jäseniksi Antti Koivula, Marja Makarow, Hanna Maula ja Janne Poranen 1.1.2026 alkaen27.5.2025 09:49:47 EEST | Tiedote
Yliopistokollegio valitsi 27.5.2025 kokouksessaan hallituksen yliopistoyhteisön ulkopuolisiksi jäseniksi TkT Antti Koivulan, FT Marja Makarowin, KTT, FL Hanna Maulan ja FT Janne Porasen toimikaudelle 1.1.2026 - 31.12.2027.
Apulaisprofessori Paavo Penttilä on inspiroitunut luonnon materiaaleista27.5.2025 07:05:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen uuden apulaisprofessorin Paavo Penttilän tavoitteena on tuottaa uudenlaista tietoa kasvien soluseinien rakenteista ja ominaisuuksista. Tietoa voidaan hyödyntää esimerkiksi vastustuskykyisten viljelyskasvien ja hiiltä sitovien uusien puumateriaalien kehittämisessä. Penttilä on juuri saanut tutkimukseensa 1,5 miljoonan euron rahoituksen Novo Nordisk -säätiöltä.
Tutkijat selvittivät peruskoulun datafikaation tulevaisuutta – korvaako kone opettajan?26.5.2025 07:32:12 EEST | Tiedote
Digitaalisilta datateknologioilta toivotaan usein apua koulun kehittämiseen ja datan hyödyntäminen onkin kirjattu keskeiseksi tavoitteeksi koulutuksen tulevaisuutta koskeviin strategioihin ja linjauksiin. Mutta millaisena digitalisaation parissa työskentelevät asiantuntijat näkevät peruskoulun datafikaation tulevaisuuden?
Kotkan kaupunki on perhoslajistoltaan Suomen rikkain kunta26.5.2025 07:05:00 EEST | Tiedote
Kunnallisen maan käytön suunnittelu eli kaavoittaminen vaikuttaa luonnon monimuotoisuuteen, jonka ylläpitämiseksi päättäjät tarvitsevat tietoa kuntansa lajirikkaudesta ja uhanalaisten lajien määrästä. Lajirikkaus on suurinta hyönteisissä, joista parhaiten tunnetaan perhoset. Jyväskylän yliopiston tutkijat arvioivat suomalaisten kuntien perhoslajiston monimuotoisuutta ja uhanalaisten lajien määriä havaiten Kotkan kaupungin olevan perhoslajistoltaan Suomen rikkain kunta. Kaikkien uhanalaisin perhoslajisto löytyi Enontekiön kunnasta.
Jyväskylän yliopisto mukana eurooppalaisessa julkilausumassa akateemisen vapauden puolesta23.5.2025 08:00:00 EEST | Tiedote
Palermossa kokoontuneet yhdeksän eurooppalaisen FORTHEM-kumppaniyliopiston johtajat ja rehtorit allekirjoittivat julkilausuman, jossa tuovat esiin yliopistojensa lujan sitoutumisen akateemiseen vapauteen.
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