Fyysikko löysi tietokonesimulaatioiden avulla hiilidioksidia pilkkovan kultamolekyylin rakenteen
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
Kuvat
Tietoja julkaisijasta
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 mediatiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Jyväskylän yliopisto
Väitös 23.1.2020: Sukupuoli kulkee naisartistien mediakuvauksessa taiteellisen osaamisen kanssa rinnakkain (Karjalainen)17.1.2020 10:30:00 EET | Tiedote
Tuore väitöskirja paljastaa, että mediassa luodaan kuvaa naislaulajista nostalgisina ja romantisoituina hahmoina.
Tanssityylisi on kuin sormenjälki, ja tietokone tunnistaa sinut sen perusteella17.1.2020 08:38:21 EET | Tiedote
Lähes kaikki liikkuvat musiikin tahdissa, vaikkapa jalkaa polkemalla tai koko kehoa heiluttamalla. Aivan uusi löytö on se, että tanssityylimme on lähes sama musiikinlajista riippumatta, ja tietokone pystyy erottamaan tanssijan hyvin tarkasti.
Uudenlainen lyhyt joustavuutta ja läsnäoloa lisäävä ohjelma lievittää työuupumusta16.1.2020 10:00:00 EET | Tiedote
Työuupumusta ja stressiä voidaan lievittää Jyväskylän yliopiston psykologian laitoksella kehitetyllä uudenlaisella lyhyellä hyväksymis- ja omistautumisterapiaan perustuvalla, psykologista joustavuutta sekä tietoista läsnäoloa (mindfulness) lisäävällä ohjelmalla.
Jyväskylän yliopisto Suomen kärkikolmikossa tieteen avoimuudessa15.1.2020 14:10:14 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopisto on saavuttanut opetus- ja kulttuuriministeriön avoimen tieteen toimintakulttuurin kypsyystason arvioinnissa korkeimman tason 5. Kokonaispistemäärällään (67/72) JYU sijoittuu Suomen yliopistojen joukossa kolmanneksi, Turun ja Tampereen yliopistojen jälkeen.
Biovalley vauhdittaa Keski-Pohjanmaan kansainvälistymistä15.1.2020 13:26:54 EET | Tiedote
Keski-Pohjanmaa tunnetaan Biolaaksosta: Kemian, mineraalitalouden ja maaseutuelinkeinojen yhdistelmä älykkään erikoistumisen profiilina on uniikki ja erottaa alueen muista Suomen ja Euroopan alueista. Kesällä startannut Biovalley Finland on tuki- ja promootiohanke, jonka päämääränä on Biolaakson kansainvälistäminen.
Väitös 18.1.2020: Kouluhyvinvointi – mitä tehdä, kun ongelmia ilmenee? (Parhiala)14.1.2020 10:11:41 EET | Tiedote
Lasten ja nuorten kouluhyvinvointia ja oppimisvaikeuksia selvittäneen PsM Pauliina Parhialan psykologian väitöstutkimuksen tulokset osoittivat, että joka kymmenennelle nuorelle kasautuu useita pahoinvoinnin oireita peruskoulun päättövaiheessa.
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