Ученые раскрыли причину, по которой золото никогда не тускнеет

Ученые раскрыли атомный трюк, который сохраняет блеск золота и может сделать его гораздо более полезным в будущих технологиях. Credit: Shutterstock

Золото издавна ценится за свой яркий, долговечный блеск. Теперь исследователи из Тулейнского университета раскрыли важную причину, по которой этот драгоценный металл остается таким устойчивым к потускнению. Их выводы показывают, что долговечность золота определяется не только его химическим составом. Вместо этого решающую роль играет расположение атомов на его поверхности.

Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, показало, что атомы на определенных поверхностях золота естественным образом перестраиваются в защитные структуры, что чрезвычайно затрудняет реакцию кислорода с металлом.

Это недавно выявленное поведение помогает объяснить, почему золотые украшения, монеты и другие предметы могут сохранять свой блеск на протяжении столетий. Это также может помочь ученым разработать более эффективные катализаторы на основе золота для промышленного производства и технологий чистой энергетики.

Скрытая атомная защита золота

«Обычно считалось, что золото не тускнеет просто потому, что оно слабо взаимодействует с кислородом, — сказал Мэттью Монтемор, доцент кафедры химической инженерии Школы науки и инженерии Тулейнского университета. — Мы показываем, что для двух наиболее распространенных типов поверхности золота поверхностные атомы фактически перестраиваются таким образом, что делают золото гораздо более устойчивым к окислению».

Чтобы исследовать этот процесс, Монтемор и соавтор Санту Бисвас, постдокторант кафедры химической и биомолекулярной инженерии Тулейнского университета, использовали компьютерное моделирование, чтобы смоделировать поведение атомов и электронов. Они изучили, как молекулы кислорода взаимодействуют с двумя распространенными типами золотых поверхностей.

Моделирование показало, что если бы поверхностные атомы не перестраивались, молекулы кислорода могли бы гораздо легче расщепляться и вступать в реакцию с золотом. Вместо этого атомная перестройка кардинально ограничивает эти реакции.

По словам исследователей, эти реорганизованные поверхности снижают реакции с кислородом в миллиард-триллион раз. Фактически, они создают защитный барьер на атомном уровне, который позволяет золоту оставаться блестящим практически бесконечно.

Что открытие означает для катализаторов на основе золота

Помимо объяснения одной из самых узнаваемых характеристик золота, исследование может иметь важные последствия для катализа.

Катализаторы на основе золота, ускоряющие химические реакции, уже используются в нескольких промышленных процессах окисления. Однако то же свойство, которое делает золото чрезвычайно устойчивым к кислороду, что идеально подходит для ювелирных изделий и электроники, также снижает его эффективность для некоторых химических производств и энергетических реакций.

Например, катализаторы из золота и палладия используются для производства винилацетата, важного ингредиента во многих пластмассах и других продуктах. Ученые также изучают золотые катализаторы для таких применений, как удаление угарного газа из выхлопных газов автомобилей и производство оксида пропилена, еще одного широко используемого промышленного химиката.

«Если вы сможете обмануть золото, заставив его диссоциировать кислород, оно может стать очень эффективным катализатором для определенных реакций, — сказал Монтемор. — Наша работа предполагает новую стратегию для потенциального достижения этого путем предотвращения или обращения вспять этих поверхностных перестроек».

Новая стратегия для лучших катализаторов

До сих пор усилия по улучшению золотых катализаторов были в основном сосредоточены на сочетании золота с другими металлами или использовании крошечных наночастиц золота на оксидных поверхностях.

Новые результаты показывают, что может существовать и другой путь. Контролируя геометрию поверхности золота и способ расположения его атомов, исследователи, возможно, смогут повысить каталитическую эффективность металла, опираясь на более глубокое понимание того, почему золото оставалось нетускневшим на протяжении всей истории.

Источники:

sciencedaily.com

Материалы предоставлены Тулейнским университетом.

Santu Biswas, Matthew M. Montemore. Role of Reconstruction in the Inertness of Gold toward Oxygen. Physical Review Letters, 2026; 136 (20) DOI: 10.1103/g3bc-t1qv