Ajankohtaista

Väitös: 1.4.2016 Laskennallisia tuloksia kullalle oksidipinnoilla (Nevalaita)

Alkamisaika: perjantai 01. huhtikuuta 2016, 12.00

Päättymisaika: perjantai 01. huhtikuuta 2016, 15.00

Paikka: Ylistönrinne, FYS1

Janne Nevalaita. K-S Foto
Janne Nevalaita. K-S Foto
FM Janne Nevalaidan fysiikan väitöskirjan ”Computational Studies of Gold-Adsorbate Complexes on Modifield Oxides” tarkastustilaisuus. Vastaväittäjänä Associate Professor Anders Hellman (Chalmers University of Technology, Ruotsi) ja kustoksena dosentti Karoliina Honkala (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuus on englanniksi.

Kautta aikojen kultaa on käytetty koruissa ja koriste-esineissä, koska se on helposti muokattavaa ja säilyttää mielenkiintoisen värinsä. Kulta on myös hyvän sähkönjohtavuutensa ansiosta haluttu materiaali elektroniikan sovelluksissa.

Vaikka makroskooppinen kulta onkin kemiallisesti passiivista, voivat nanokokoiset muutamista atomeista aina satoihin atomeihin koostuvat kultaklusterit olla reaktiivisia. Niiden tiedetään muun muassa katalysoivan hiilimonoksidin hapettumista. Sovelluksissa käytetyt klusterit ovat usein adsorboituneina, eli kiinnittyneinä erilaisiin pintoihin, kuten esimerkiksi metallioksideihin. Tämä kiinnittyminen muokkaa kullan ominaisuuksia.

Janne Nevalaidan väitöstyössä on tutkittu laskennallisesti pinnan vaikutusta kulta-atomien ja kultaklusterien rakenteellisiin, elektronisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin. Tutkimuksissa on tarkasteltu sekä suoraan pintaan kiinnittyneen kullan ominaisuuksia, että verrattu kullan vaikutusta esimerkiksi hapen ja veden adsorptioon. Saatuja tuloksia on tarkasteltu soveltuvin osin kokeellisten tulosten kanssa.

Väitöstyössä tutkittiin sekä metallituettuja ultraohuita, vain muutamasta atomikerroksesta koostuvia ohutkalvoja että paksumpia oksidikalvoja, joissa osa oksidin metalliatomeista oli korvattu eri metalleilla, niin kutsutussa dopauksessa.

Tutkimuksessa havaittiin, että molemmat tavat muokata oksidia voivat tuottaa analogisen käytöksen adsorboituneelle kullalle. Sekä ohutkalvoilla, että sopivasti dopatuilla oksideilla kulta-atomit varautuvat ja kasvavat litteiksi klustereiksi. Näiden klusterien reunat voivat esimerkiksi aktivoida happea. Ohutkalvoilla kullan saama varaus on lähtöisin kantajametallista ja dopautuissa oksideissa varaus tulee vaihdetuista kationeista. Työssä saatuja tuloksia voidaan hyödyntää uusien katalyyttisten materiaalien suunnittelussa.

Lisätietoja:

Janne Nevalaita, puh. +358 40 196 6284, janne.nevalaita@jyu.fi
tiedottaja Anitta Kananen tiedotus@jyu.fi, puh. +358 40 805 4142

Janne Nevalaita valmistui ylioppilaaksi Enontekiön lukiosta vuonna 2005. Hän aloitti syksyllä 2006 opinnot Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksessa, josta valmistui filosofian maisteriksi syksyllä 2011. Tutkimus on suoritettu professori Hannu Häkkisen tutkimusryhmässä, työn toisena ohjaajana on dosentti Karoliina Honkala. Tutkimusta ovat rahoittaneet Emil Aaltosen säätiö ja Jyväskylän yliopiston fysiikan laitos.

Teos on julkaistu sarjassa Department of Physics, University of Jyväskylä Research Reports numerona 5/2016, Jyväskylä 2016, ISSN:0075-465X, ISBN: 978-951-39-6537-2. Pdf-version ISBN on 978-951-39-6538-9.

Abstract

In this thesis, the adsorption of Au atoms and clusters on modified oxide surfaces is studied using density functional theory (DFT) calculations. The support effects are considered by direct analysis of the adsorbed Au and using other coadsorbates as reactivity probes. Doping the CaO(001) surface by replacing a cation with a high valence dopant such as Mo makes adsorption of electronegative species such as Au, O and oxygen molecule more exothermic. The stronger binding is accompanied with a charge transfer from the dopant to the adsorbate. A modified Born-Haber (BH) cycle was devised to estimate the effect of different physical processes on the adsorption energy on the doped oxide. The adsorption energy was split into three parts with an iono-covalent energy describing the local interactions, a redox energy accounting for the charge transfer, and a Coulomb energy for the electrostatics between a charged adsorbate and dopant. While the Coulomb energy decays with increasing adsorbate-dopant distance, the redox energy remains more exothermic due to a much shorter distance between the negative anions and the positive dopant. Water is stabilized by electrostatic interaction with anionic Au on MgO/Ag(001); however, no stabilization occurs on bulk MgO when the Au adatom is neutral. The adsorption of water dissociation products H and OH on top of an Au adatom is more exothermic with increasing film thickness. Isophorone physisorbs on the MgO/Ag(001) surface with energetic preference towards the MgO steps, which is due to stabilizing electrostatic interaction between the step cations and a polar O=C bond in the molecule.

Lisätietoja

Janne Nevalaita
janne.nevalaita@jyu.fi
kuuluu seuraaviin kategorioihin: ,