Золото ценилось на протяжении тысячелетий за его стойкий блеск. Ученые из Тулейнского университета обнаружили, что устойчивость золота к потускнению зависит не только от его химического состава. В новом исследовании, опубликованном в Physical Review Letters, ученые обнаружили, что атомы на некоторых поверхностях золота естественным образом выстраиваются в защитные структуры, которые значительно замедляют реакцию с кислородом.
Это открытие помогает объяснить, почему золотые украшения и другие изделия из золота могут оставаться нетронутыми веками, а также может помочь в разработке более эффективных катализаторов на основе золота для промышленного и энергетического применения.
«Принято считать, что золото не тускнеет просто потому, что оно слабо взаимодействует с кислородом, — говорит Мэтью Монтмор, доцент кафедры химической инженерии Тулейнского университета. — Мы показали, что в двух наиболее распространенных типах поверхности золота атомы на поверхности перестраиваются таким образом, что золото становится гораздо более устойчивым к окислению».
С помощью компьютерного моделирования, которое позволяет предсказать поведение атомов и электронов, исследователи изучили, как молекулы кислорода взаимодействуют с двумя распространенными структурами поверхности золота. Было обнаружено, что без атомной перегруппировки молекулы кислорода гораздо легче распадаются и вступают в реакцию с золотом.
Вместо этого измененные поверхности подавляют реакции с кислородом в миллиарды и триллионы раз сильнее, создавая защитный барьер на атомном уровне, который помогает золоту сохранять блеск бесконечно долго.
Полученные результаты дают новое объяснение одному из самых известных свойств золота, а также открывают возможности для потенциального прогресса в области катализа.
Катализаторы на основе золота — материалы, которые ускоряют химические реакции, — уже используются в некоторых промышленных реакциях окисления. Но природная устойчивость золота к расщеплению молекул кислорода — та же особенность, которая делает его привлекательным для использования в ювелирном деле и электронике, — может ограничивать его применение в химической промышленности и энергетике.
Золото-палладиевые катализаторы используются для производства винилацетата — химического сырья для многих видов пластика и других материалов. Исследователи также изучают возможности применения золотых катализаторов для очистки выхлопных газов автомобилей от угарного газа и получения оксида пропилена — важного промышленного химиката.
«Если заставить золото диссоциировать кислород, оно может стать очень эффективным катализатором для определенных реакций, — говорит Монтмор. — Наша работа предлагает новую стратегию, которая потенциально может решить эту задачу, предотвращая или обращая вспять поверхностные перегруппировки».
Исследователи традиционно пытались усовершенствовать золотые катализаторы, комбинируя золото с другими металлами или используя крошечные наночастицы золота на оксидных поверхностях. Новые результаты показывают, что сама геометрия поверхности может стать еще одним способом повышения каталитической активности золота.
[Фото: rawpixel-com / Magnific.com]
