Jyväskylän yliopisto

Väitös 9.12.2022: Simulaatioiden avulla kohti vihreämpää kemiaa (Korpelin)

Jaa
Jopa 90 % kemianteollisuuden prosesseista hyödyntää katalyyttejä, joiden avulla tarvittavat reaktiot saadaan tapahtumaan nopeammin, puhtaammin ja energiatehokkaammin. Tyypillinen teollinen katalyytti koostuu oksidipinnalle kiinnittyneistä metallihiukkasista. FM Ville Korpelin tutki väitöskirjassaan metalli-oksidikatalyyttien ominaisuuksia ja sovelluksia laskennallisesti kvanttikemian keinoin.
FM Ville Korpelin
FM Ville Korpelin

Väitöstyössä tarkasteltiin vedyntuotantoon ja biomassanjalostukseen liittyviä reaktioita, jotka ovat vihreän kemian ytimessä. Kehittämällä tällaisille reaktioille parempia katalyyttejä voidaan säästää energiaa ja lisätä uusiutuvien raaka-aineiden osuutta teollisuudessa. Katalyysi onkin avainasemassa ilmastonmuutoksen torjunnassa ja kiertotalouden edistämisessä.

Katalyyttien kehitystyön tukena on jo kauan käytetty laskennallisia menetelmiä, joiden avulla katalyyttejä ja niillä tapahtuvia reaktioita voidaan simuloida atomitasolla. Simulaatiot valottavat materiaalien ja prosessien yksityiskohtia täydentäen kokeellisista tutkimuksista saatavaa yleisempää kuvaa.

Rajapinnalta synergiaa synteeseihin

Perinteisesti on ajateltu, että oksidin rooli metalli-oksidikatalyytissä olisi vain toimia kantajana aktiivisille metallihiukkasille. Tuoreemmissa tutkimuksissa oksidin katalyyttinen merkitys on kuitenkin korostunut, ja varsinkin metalli-oksidirajapinnan poikkeuksellinen aktiivisuus on tunnistettu. Rajapinnalla katalyytin molemmat komponentit voivat osallistua reaktioihin mahdollistaen prosesseja, joita kumpikaan ei yksin pystyisi katalysoimaan.

Hyvin pienet, korkeintaan kymmenien atomien kokoiset metallihiukkaset ovat ominaisuuksiltaan erityisen monimutkaisia.
”Tässä kokoluokassa hiukkasten kemiallinen luonne alkaa muuttua metallisesta molekyylimäiseksi, mikä tekee niiden jokaisesta rajapintapaikasta ainutlaatuisen. Tämä ilmiö laajentaa mahdollisten reaktiopaikkojen kirjoa entisestään, mutta myös vaikeuttaa katalyytin ominaisuuksien ennustamista”, Korpelin avaa. Hän kehitti väitöstyössään menetelmiä tällaisten katalyyttien ymmärtämiseksi, jotta niiden tarjoamat mahdollisuudet voitaisiin hyödyntää tehokkaasti.

Vahvemmat yhdessä

Metallin ja oksidin yhdistäminen voi myös luoda materiaaleille uusia toiminnallisuuksia, mikä laajentaa niiden käyttömahdollisuuksia eri prosesseissa. Esimerkiksi zirkonia, joka tyypillisesti on pelkistymätön oksidi, voidaan saada pelkistyväksi kiinnittämällä sen pinnalle metalliatomeja. Korpelin selvitti ilmiön alkuperää laskennallisesti ja osoitti, että sen voimakkuus riippuu käytetystä metallista ja sen vuorovaikutuksista oksidipinnan kanssa.

Toisena esimerkkinä katalyytin muokkauksen mahdollisuuksista tarkasteltiin metallipintaa, jolle lisätty oksidi toimii happokatalyyttinä. Väitöstyössä simuloitiin tällaisen katalyytin toimintaa glyserolin dehydraatiossa, joka on teollisesti merkittävä biomassanjalostusprosessi. Korpelin totesi oksidin mahdollistaman happokatalyysin edistävän toivottujen tuotteiden muodostumista, mikä tukee ja selittää kokeellisia havaintoja.

Tutkimus on julkaistu Jyväskylän yliopiston väitöstutkimusten sarjassa JYU Dissertations, numero 578. ISBN 978-951-39-9236-1 (PDF) URN:ISBN:978-951-39-9236-1 ISSN 2489-9003.
Linkki julkaisuun: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-39-9236-1

FM Ville Korpelinin väitöskirjan "Computational Studies of Catalytic Active Site Properties and Reactions at the Metal-Oxide Interface" tarkastustilaisuus 9.12.2022 klo 12. Vastaväittäjänä professori Hannes Jonsson (University of Iceland) ja kustoksena professori Karoliina Honkala (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuuden kieli on englanti.

Avainsanat

Yhteyshenkilöt

Ville Korpelin
ville.p.korpelin@jyu.fi

Kuvat

FM Ville Korpelin
FM Ville Korpelin
Lataa

Tietoja julkaisijasta

Jyväskylän yliopisto
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

Jyväskylän yliopiston professori Markus Kortelainen on teoreettisen ydinfysiikan huippuosaaja4.11.2025 07:05:00 EET | Tiedote

Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksella aloitti marraskuussa 2025 teoreettisen ydinrakennefysiikan professorina Markus Kortelainen. Hänen tutkimuksensa keskittyy atomiytimen rakenteen syvälliseen ymmärtämiseen ja mallien kehittämiseen niiden kuvaamiseksi. Kortelainen tekee tiivistä yhteistyötä kokeellisten ydinfysiikan ryhmien kanssa, mikä on johtanut merkittäviin tieteellisiin läpimurtoihin.

Hakijan päivässä 7.11.2025 esittelyssä yhden päivän aikana koko Jyväskylän yliopiston opintotarjonta3.11.2025 09:00:00 EET | Tiedote

Jyväskylän yliopiston Hakijan päivä tarjoaa näkymiä tulevaisuuden työelämään ja maistiaisia opiskelusta. Osallistujat pääsevät tutustumaan Jyväskylän yliopiston opintotarjontaan, eri alojen työelämämahdollisuuksiin ja keskustelemaan henkilökunnan ja opiskelijoiden kanssa. Tapahtuma toteutetaan Jyväskylän yliopiston Agora-rakennuksessa perjantaina 7.11. kello 9–15. Päivää voi seurata myös etäyhteyden kautta.

Jyväskylän yliopiston matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta rakentaa tulevaisuutta3.11.2025 07:05:00 EET | Tiedote

Jyväskylän yliopiston matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta on rohkeasti tulevaisuuteen katsova uudistaja, joka rakentaa siltoja tieteen ja teollisuuden välille. Uudet tekniikan koulutusohjelmat vastaavat yhteiskunnan ja elinkeinoelämän muuttuviin tarpeisiin, vahvistavat yhteistyötä yritysten kanssa ja tarjoavat opiskelijoille monipuolisia urapolkuja. Tutkimus tuottaa osaamista ja luotettavaa tietoa sekä kehittää ratkaisuja, joilla on merkitystä – nyt ja tulevaisuudessa.

Suomen entinen Venäjän-suurlähettiläs Hannu Himanen pitää yleisöluennon Suomen turvallisuudesta ja Venäjän tavoitteista Ukrainassa31.10.2025 14:00:15 EET | Tiedote

Suomen entinen Venäjän-suurlähettiläs Hannu Himanen kertoo Venäjän Ukrainaa vastaan käymän sodan taustoista ja Venäjän tavoitteista kaikille avoimella yleisöluennolla Jyväskylän yliopistossa torstaina 6.11. Luento on osa informaatioteknologian tiedekunnan Turvallisuuden ja tiedustelun studia generalia -sarjaa ja sen järjestämistä on tukenut Maanpuolustuksen kannatussäätiö. Luentoa voi seurata Agora-rakennuksessa tai etänä YouTubessa.

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
World GlobeA line styled icon from Orion Icon Library.HiddenA line styled icon from Orion Icon Library.Eye