Väittelijä
Filosofian lisensiaatti Tuomas Koskela

Nykyinen työpaikka
Oulun seudun ammattikorkeakoulu, tekniikan yksikkö, rakennustekniikan osasto, puh. 040 549 5867

Tiedekunta ja laitos
Luonnontieteellinen tiedekunta, fysikaalisten tieteiden laitos, puh. (08) 553 1280

Oppiaine
fysiikka

Väitöstilaisuus
13.11.2004 klo 12

Väitöstilaisuuden paikka
Oulun yliopisto, Linnanmaa, Raahensali (L10)

Aihe
Investigations of aluminophosphate molecular sieves applying noble gas and methane NMR spectroscopy

Alumiinifosfaattimolekyyliseulojen tutkimuksia jalokaasujen ja metaanikaasun NMR-spektroskopiaa käyttäen

Vastaväittäjä
Dr. Igor Moudrakovski, Research Council Officer, Functional Materials, Steacie Institute of Molecular Sciences, Ottawa, Kanada

Kustos
Professori Jukka Jokisaari

Molekyyliseulojen tutkimusta vakooja-aineiden sekä ydinmagneettisen resonanssispektroskopian avulla

Väitöskirja käsittelee kiinteiden mikrohuokoisten materiaalien rakennetutkimusta NMR-spektroskopian (ydinmagneettinen resonanssispektroskopia) keinoin. Tutkittavina materiaaleina ovat pääasiassa olleet erilaiset alumiinifosfaattimolekyyliseulat sekä muutama zeoliitti. Nämä materiaalit koostuvat erityyppisistä, molekyylien kokoluokkaa olevista kanavista, onkaloista ja kopeista, joiden avulla materiaali kykenee sitomaan itseensä (adsorboimaan) samaa kokoluokkaa olevia molekyylejä tai atomeja, isompien jäädessä ulkopuolelle (molekyyliseulonta). Molekyyliseuloja, erityisesti zeoliitteja, käytetään teollisuudessa runsaasti, mm. veden pehmentämisessä, katalysoinnissa, epätoivottavien hajujen ja makujen sitomisessa, yms. Zeoliitteja esiintyy myös luonnossa, mutta pääasiassa molekyyliseulat valmistetaan synteettisesti.

Mikrohuokoisten materiaalien sisälle pääsevät molekyylit tai atomit voidaan valita siten, että niiden lähettämä NMR-signaali välittää epäsuorasti tämän ns. vakooja-aineen kautta tietoa tutkimuksen kohteena olevasta mikrohuokoisesta materiaalista. Tässä tutkimuksessa vakooja-aineiksi on valittu parhaiten NMR-spektroskopian menetelmiin sopivat ksenonin 129-isotooppi sekä hiili-13 -isotoopilla rikastettu metaanikaasu, jotka samankaltaisesta koostaan huolimatta tunnustelevat kuitenkin molekyyliseulojen eri ominaisuuksia.

Väitöskirjassa on keskitytty analysoimaan vakooja-atomien ydinvarjostuksen muuttumista eri seulaympäristöissä, lämpötilaa sekä latausastetta muuttaen. Spektrin viivanmuotojen tietokoneanalyyseistä saatujen ns. varjostustensoreiden elementtien ja näytteen parametrien välillä on havaittu selkeitä korrelaatioita. Tutkimukset ovat selvittäneet adsorbantin liikkeen vaikutuksia spektriin seulakiteiden sisällä ja niiden välillä, kationien vaikutusta, seulakanavien poikkileikkausten muodon merkitystä, sekä vakooja-atomien ja kanavien seinämien välisiä vuorovaikutuksia. Lisäksi kiteiden väliin jääviä tilavuuksia sekä seulakanavien poikkileikkauksia on arvioitu menestyksekkäästi.