Forskningsprogrammet är mångvetenskapligt och omfattar forskning i både polymer- och strukturkemi samt oorganisk och organisk kemi. Avdelningens forskningsämnen täcker allt från grundforskning (syntes och karakterisering) till olika slags tillämpningar (elektronikmaterial, funktionella material och konsumtionsvaror).
Karaktäriseringen av material är en väsentlig del av den materialkemiska forskningen. Därför har avdelningen ett stort urval instrument och metoder för ändamålet, såsom bl.a. AFM/STM, FESEM-EDX, FIB/SEM, XRD/XRR, TGA, FTIR, NMR och MS.
Forskningsprogrammet leds av professor Ilkka Kilpeläinen.
Forskning om tunnfilm och nanostrukturer
Tunnfilmer behövs i all modern teknik, såväl inom mikroelektronik som inom medicinska tillämpningar. Forskningsgrupperna utvecklar ALD-kemi på hög internationell nivå och utgör merparten av spetsforskningsenheten Finnish Centre of Excellence in ALD. ALD-forskningen fokuserar på tunnfilmsmaterial som behövs i den nya generationens integrerade kretsar samt inom teknologier med anknytning till energi, optik, ytbehandling och biomaterial. Utöver tunnfilmer studerar forskningsgruppen oorganiska nanofibrer, som produceras med hjälp av elektrospinnings- och elektroblåsningstekniker.
De funktionella och biobaserade materialen är på väg att bli en väsentlig del av dagens samhälle. De här materialen används bland annat för dagligvaror (t.ex. textilier), kontrollerad utsöndring av läkemedelssubstanser och diagnostiska tillämpningar. Modern syntetisk kemi gör det möjligt att utveckla nya typer av polymermaterial. De nya materialen kan vara självaggregerande i fastfasen eller lösningsfasen, vilket gör det möjligt att tillverka smarta (nano)apparater och material. Grön kemi erbjuder lösningar för hur biopolymerer kan lösas upp och bearbetas kemiskt. Metoderna möjliggör framställning av t.ex. textilier, membran och sömlösa produkter med önskade egenskaper. Dessutom studerar vi ”smarta” polymerer, som reagerar på förändringar i temperatur, pH, ljus eller elektriska fält.
Förädlingen av träbiomassa är både en av stöttepelarna i Finlands ekonomi och ett viktigt forskningsområde inom hållbarhet, även i internationellt hänseende. Framställningen av många samhälleligt viktiga produkter, såsom biobaserade bränslen, läkemedel samt textil- och byggmaterial, kräver en ingående förståelse av biomassans struktur och kemi. Det här är samtidigt utgångspunkten för forskningsgruppen Biomassan jalostus, som studerar förädlingen av biomassa. Gruppen prioriterar analys (främst NMR-spektroskopi), organisk kemi, fysikalisk organisk kemi, materialkemi samt undersökning av biomassans kristallinitet, kemi, uppbyggnad och processerbarhet. Utvecklingen av nya lösningsmedel (såsom jonvätskor) för analys- och förädlingsprocesserna är avgörande för grundforskningens framtid och för kommersiella tillämpningar. Huvudvikten för tillämpningarna ligger på finkemikalier, textilfibrer, film och 3D-strukturer som förädlas från biomassa, särskilt från cellulosa.
Forskningsprogrammet i molekylära vetenskaper kombinerar experimentella och teoretiska metoder. De huvudsakliga tyngdpunkterna för den experimentella forskningen ligger på observation av människans utandningsluft, fotokemi, lågtemperaturkemi, undersökning av kemiska reaktioner, gaskinetik, reaktioner på fasta ämnen och ytor samt förbränningskemi. Utöver experimentell teknik (infraröda frekvenskammar, precisionslaserspektroskopi och masspektrometriska metoder) utvecklar och använder vi ett antal teoretiska och beräkningsmässiga metoder.
Forskningsprogrammet leds av professor Gareth Law.
De huvudsakliga tyngdpunkterna för den experimentella forskningen ligger på observation av människans utandningsluft, fotokemi, lågtemperaturkemi, undersökning av kemiska reaktioner, gaskinetik, reaktioner på fasta ämnen och ytor samt förbränningskemi. Utöver experimentell teknik (infraröda frekvenskammar, precisionslaserspektroskopi och masspektrometriska metoder) utvecklar och använder vi ett antal teoretiska och beräkningsmässiga metoder.
Inom beräkningskemin och den teoretiska kemin modellerar vi till exempel stora vattenkluster, kemiska reaktioners dynamik på ytor, molekylspektroskopier, atmosfäriska molekylers termodynamik och reaktioner, naturinspirerade katalysreaktioner, biomolekyler, svaga interaktioner samt solcellers kromoforer. Vi undersöker också olika materials egenskaper och beteende med hjälp av beräkningsmässiga metoder.
Den radiokemiska forskningen fokuserar på fyra områden, av vilka det största studerar hur radionuklider från använt kärnbränsle beter sig i marken. De övriga forskningsområdena är radiofarmaceutisk kemi, utveckling av oorganiska jonbytare för selektivt avlägsnande av radionuklider ur avloppsvatten samt radioaktivitet i miljön.
Det mångvetenskapliga forskningsprogrammet för syntes och analys riktar in sig på utvecklingen av moderna syntetiska och analytiska metoder. Vi arbetar inom följande forskningsämnen: finkemikalier, läkemedel, nya material, lignocellulosabiomassa samt miljö- och bioanalys. Programmet har ett aktivt samarbete, även med industrin och andra forskningsinstitut. Vi fäster särskild uppmärksamhet vid grön kemi och hållbar utveckling i alla forskningsprojekt.
Forskningsprogrammet leds av professor Timo Repo.
Synteskemin fokuserar på oorganisk och organisk syntes, bioorganisk kemi, organometallisk kemi samt biokatalys, metallkatalys och metallfri katalys. Våra forskningsområden omfattar kolhydratsyntes, katalytisk aktivering av små molekyler, processning och analys av lignocellulosabaserad biomassa i samband med bioraffinaderier samt nukleinsyrors och deras beståndsdelars reaktioner. Forskningsprogrammet riktar också in sig på synteser och katalysatorer som planeras med hjälp av beräkningskemiska metoder samt karaktärisering av föreningar med flera spektroskopiska metoder.
Inom analytisk kemi fokuserar vi på att utveckla ny apparatteknik med hänsyn till hela analyskedjan (provtagning, förbehandling av prov och analys av prov). Vi fäster särskild vikt vid teoretiska, metodiska och tekniska utmaningar. Forskningen prioriterar utnyttjande av nya material, mindre storlek på utrustningen och kombinerande av olika tekniker. Vi löser miljö- och bioanalytiska problem med hjälp av flera metoder, såsom elektromigrering, kromatografi och masspektrometri.
Undersökning av bioanalytiska och fysikalisk-kemiska problem
Ansvarig forskare (PI): professor Susanne Wiedmer
Vår grupp har expertis inom kromatografiska tekniker och kapillärelektromigration (CE), fältflödesfraktionering (AF4) och metoder för biosensing, t.ex. kvartskristallmikrobalans (QCM) och nanoplasmonisk sensing (NPS). Gruppen har sedan början av 2000 arbetat med nanopartiklar, liposomer och växelverkningar mellan liposomer och analyter med hjälp av olika CE metoder. Mycket fokus har legat på att studera växelverkningar mellan biomembranimiterande ytor och analyter (med hjälp av CE, NPS och QCM) samt på att karaktärisera lipidvesiklar och partiklar med CE, AF4, zetapotentialmätningar och partikelstorleksbestämningar. Tyngdpunkten har också legat på bestämning av distributionskonstanter för analyter med hjälp av liposomer som byggts upp av syntetiska lipider eller lipider som extraherats från biologiska prover. Joniska vätskor har varit ett annat forskningsmål i gruppen, och fokus har legat på att bestämma toxiciteten hos nya syntetiserade joniska vätskor. Liposomer, celler och zebrafiskmodeller har använts för detta ändamål.
Analytisk miljökemi
Universitetslektor Kari Hartonen
Beskrivning på engelska: Research in the field of environmental analytical chemistry is focused on the development of selective, efficient and reliable techniques and methods for sampling, sample pre-treatment, analysis and detection of environmental samples. The goal is to solve a variety of environmental problems and to shed light on research areas where these systems are needed. The successful application of the modern instrumental techniques and methods to qualitative and quantitative analysis of environmental samples (water, plants, soil, sediment, air and aerosol particles) requires often the exploitation of totally new materials. This is true especially in different solid phase microextraction techniques that are utilized to combine sampling, extraction and sample concentration into one step. The studies are targeted also at portable instruments and selective chemical sensors, valuable for field measurements. In the research, high resolution chromatography and high resolution mass spectrometry are the core techniques, and if only possible, harmful organic solvents are replaced with environmentally friendly supercritical fluids (CO2 and water) or pressurized hot water in sample pre-treatment, analytical separations and synthesis of new materials. Reliable calibration systems play also an important role in the development of environmental analytical techniques.