Fyysikko löysi tietokonesimulaatioiden avulla hiilidioksidia pilkkovan kultamolekyylin rakenteen

9.9.2019 08:30:00 EEST | Jyväskylän yliopisto | Tiedote

Jaa

Klusterikemian tutkimuksessa kulta ja hopea ovat tärkeitä alkuaineita. Ne ovat kemiallisesti hyvin aktiivisia ja niitä voidaan hyödyntää monissa tulevaisuuden teknologioissa. Jyväskylän yliopistossa tarkistettavassa väitöstutkimuksessa Sami Kaappa onnistui laskemaan tietokonesimulaatioiden avulla 11 kulta-atomista koostuvan klusterin tarkan rakenteen. Se osoittautui rakenteeksi, jonka havaittiin nopeuttavan hiilidioksidin hajoamista hiilimonoksidiksi. Tulosta voidaan hyödyntää esimerkiksi katalyyttien kehitystyössä.

Kulta- ja hopeaklusterit voivat nopeuttaa erilaisia kemiallisia reaktioita. Sami Kaappa tutki teoreettisen fysiikan väitöskirjassaan nanomittakaavan kulta- ja hopeaklustereita. Ne ovat läpimitaltaan sadastuhannesosa hiuksen paksuudesta.

”Nanoklusterilla tarkoitetaan usein melko isoa molekyyliä, jossa on muutamasta tai muutamasta kymmenestä metalliatomista koostuva ydin, jota sitten suojaa erilaiset molekyylit eli ligandit niin, että rakenne ei hajoa liuottimessa. Tyypillisesti kulta- ja hopeaklustereissa suojaava kerros koostuu rikki- tai fosforiyhdisteistä”, Sami Kaappa kuvailee.

Väitöstutkimuksessa nanokokoisten hiukkasten ominaisuuksia selvitettiin supertietokoneiden avulla laskennallisilla menetelmillä eli simulaatioilla. Laskuissa käytettiin Kajaanissa sijaitsevaa Sisu-supertietokonetta ja Barcelonassa sijaitsevaa Mare Nostrum –supertietokonetta.

”Simulaatioiden avulla pystytään esimerkiksi ennustamaan mahdollisia kemiallisia rakenteita, vaikka kokeellisesti niistä olisi vain vähän tietoa”, Kaappa kertoo menetelmästä.

Tutkimus löysi klusterin, joka nopeuttaa hiilidioksidin hajoamista

Tutkimuksessa yksi merkittävimmistä löydöistä oli 11 kulta-atomista koostuvan klusterin rakenteen selvittäminen. Simulaatiot Sami Kaappa teki yhteistyössä Kanadassa ja Japanissa olevien kokeellisten tutkimusryhmien kanssa.

”Kokeellisessa tutkimuksessa havaittiin 11 kulta-atomista koostuva klusteri, jonka tarkkaa rakennetta ei onnistuttu määrittämään. Teoreettisia menetelmiä käyttäen pystyttiin kuitenkin simuloimaan eri vaihtoehtoja rakenteille, joista lopulta yksi erottui edukseen muiden joukosta. Tutkimuksen edetessä kokeellinen työ vahvisti lasketun rakenteen oikeaksi. Oli hieno hetki saada asian vahvistanut tieto Kanadasta”, Kaappa kertoo.

Klusteri osoittautui rakenteeksi, joka nopeuttaa hiilidioksidin hajoamista hiilimonoksidiksi.

”Klusterissa yksi fosforiligandi on vaihdettu uudentyyppiseen karbeeniligandiin. Havainto katalyyttisestä aktiivisuudesta voi edesauttaa esimerkiksi haitta-aineiden kierrätyksen ja katalysaattorien kaltaisten, uusien teknologioiden kehitystyötä. Myös teoreetikon silmin tämä on kiehtovaa, sillä hiilidioksidin hajoamisreaktiota ei vielä tunneta tarkasti. Työsarkaa siis riittää, Sami Kaappa sanoo.

Tutkimus on julkaistu Jyväskylän yliopiston väitöstutkimusten JYU Dissertation –sarjassa, 120, Jyväskylä, 2019. ISBN 978-951-39-7833-4 (PDF) URN: ISBN:978-951-39-7833-4 ISSN 2489-9003.
Linkki julkaisuun: https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/65304

FM Sami Kaapan fysiikan väitöskirjan "Analysis and Applications of Electronic Structure in Gold and Silver Nanoclusters" tarkastustilaisuus on perjantaina 13. syyskuuta kello 12 Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksella luentosalissa FYS1 (Ylistönrinne, Survontie 9). Vastaväittäjänä on apulaisprofessori Nicola Gaston Aucklandin yliopistosta Uudesta-Seelannista ja kustoksena on akatemiaprofessori Hannu Häkkinen Jyväskylän yliopistosta. Väitöstilaisuuden kieli on englanti.

Lisätietoja:
Sami Kaappa, sami.j.kaappa@student.jyu.fi, puh. +358 50 5286722
Tiedottaja Tanja Heikkinen, tanja.s.heikkinen@jyu.fi, puh. +358 50 581 8351
Jyväskylän yliopiston matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
https://www.jyu.fi/science/fi
Facebook: jyuscience Twitter: jyscience

Avainsanat

fysiikka kultaklusteri metallinanoklusteri

Kuvat

Tietoja julkaisijasta

Jyväskylän yliopisto
PL 35
40014 Jyväskylä

http://www.jyu.fi

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

Psykonet palkitsi ansioituneita psykologian alan toimijoita Psykologia 2026 -kongressissa Jyväskylässä15.6.2026 09:00:58 EEST | Tiedote

Psykologian valtakunnallinen yliopistoverkosto Psykonet on jakanut vuoden 2026 palkintonsa Psykologia 2026 -kongressissa Jyväskylässä 12. kesäkuuta 2026. Palkinnoilla tunnustetaan ansioitunutta toimintaa ja erityisiä saavutuksia, joilla on merkitystä psykologian alan tutkimuksen ja koulutuksen kehittymiselle sekä alan yhteiskunnalliselle vaikuttavuudelle.

Näyttöön perustuvia ratkaisuja EU:n ennallistamisasetuksen toimeenpanoon15.6.2026 07:05:00 EEST | Tiedote

Euroopan unionin ennallistamisasetus vaatii jäsenvaltioilta nopeita ratkaisuja luontokadon pysäyttämiseksi. Onnistunut toimeenpano edellyttää merkittäviä toimia, olemassa olevien työkalujen ja mittareiden tehokasta hyödyntämistä sekä vastuun jakamista aiheuttaja maksaa -periaatteen mukaisesti niin, etteivät kustannukset jää yksin julkiselle sektorille.

Suomen Akatemialta lähes viisi miljoonaa euroa Jyväskylän yliopiston koulutuksen, kulttuurin ja yhteiskunnan tutkimukseen12.6.2026 14:27:58 EEST | Tiedote

Suomen Akatemian kulttuurin ja yhteiskunnan tutkimuksen toimikunta on myöntänyt Jyväskylän yliopiston tutkijoille yhteensä noin 4,9 miljoonaa euroa uutta tutkimusrahoitusta. Rahoituksen saivat kuusi akatemiahanketta ja kaksi akatemiatutkijaa. Rahoitus vahvistaa yliopiston korkeatasoista tutkimusta erityisesti koulutuksen, yhteiskunnan, hyvinvoinnin ja kulttuurin tutkimuksen aloilla.

Suomen Akatemialta rahoitusta Jyväskylän yliopistoon biotieteiden, terveyden ja ympäristön tutkimukseen12.6.2026 08:05:00 EEST | Tiedote

Suomen Akatemian biotieteiden, terveyden ja ympäristön tutkimuksen toimikunta (BTY) myönsi rahoituksen 42 uudelle akatemiatutkijalle. Lisäksi toimikunta rahoitti 75 akatemiahanketta, joissa on mukana yhteensä 100 osahanketta. Jyväskylän yliopistossa rahoituksen sai kaksi uutta akatemiatutkijaa ja yksi akatemiahanke, yhteensä kaksi miljoonaa euroa.

Kuitulisä tehoaa rasvamaksaan – vaikutus riippuu suolistomikrobiston lähtötasosta12.6.2026 06:30:00 EEST | Tiedote

Jyväskylän yliopistossa tutkittiin ensimmäistä kertaa ihmisillä prebioottisen ksylo-oligosakkaridi-ravintokuidun vaikutusta rasvamaksaan. Tulokset osoittavat, että kuitulisä voi vähentää haitallisten aineenvaihduntatuotteiden määrää suolistossa ja siten parantaa maksan terveyttä. Suolistomikrobiston koostumus ennen ravintolisää vaikuttaa siitä saatavaan hyötyyn.

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