На протяжении тысячелетий золото высоко ценится благодаря своему устойчивому блеску. Исследователи из Тулейнского университета обнаружили, что устойчивость золота к потускнению определяется не исключительно его химическим составом. В новом исследовании, опубликованном в Physical Review Letters, согласно результатам исследований, ученые выяснили, что на отдельных поверхностях золота атомы самопроизвольно формируют защитные образования, существенно снижающие скорость взаимодействия с кислородом.
Новое открытие позволяет понять, как золотые украшения и другие изделия из золота способны сохраняться на протяжении многих столетий, и может способствовать созданию более эффективных катализаторов на основе золота для использования в промышленности и энергетике.
«По мнению Мэтью Монтмора, доцента кафедры химической инженерии Тулейнского университета, золото не подвержено потускнению из-за его незначительного взаимодействия с кислородом. Исследователи установили, что на поверхности двух наиболее распространенных типов золота происходит перестройка атомов, что значительно повышает его устойчивость к окислению».
Используя компьютерное моделирование, дающее возможность прогнозировать поведение атомов и электронов, ученые провели исследование взаимодействия молекул кислорода с двумя распространенными формами поверхности золота. Результаты показали, что без изменения атомной структуры молекулы кислорода легче распадаются и реагируют с золотом.
Благодаря обработке, поверхности проявляют значительно меньшую склонность к взаимодействию с кислородом – в миллиарды и триллионы раз, формируя на атомном уровне защитную пленку, которая способствует сохранению золота блестящим на протяжении неограниченного времени.
Новые данные позволяют по-иному взглянуть на одно из наиболее изученных свойств золота и предвещают возможные достижения в сфере каталитических процессов.
Золотосодержащие катализаторы способствуют ускорению химических реакций и находят применение в ряде промышленных процессов окисления. Однако, устойчивость золота к разрушению молекул кислорода, что делает его ценным в ювелирном деле и электронике, может препятствовать более широкому использованию в химической промышленности и энергетике.
Катализаторы на основе золота и палладия применяются в процессе производства винилацетата, который является химическим сырьем для изготовления различных видов пластика и других материалов. Помимо этого, ученые рассматривают перспективу использования золотых катализаторов для удаления угарного газа из автомобильных выхлопов и для получения оксида пропилена – значимого химического вещества, используемого в промышленности.
«Разложение золота на кислород и другие элементы позволяет использовать его в качестве высокоэффективного катализатора для ряда химических реакций, — отмечает Монтмор. — Наше исследование предлагает инновационный подход, который, возможно, поможет преодолеть эту проблему, исключив или корректируя изменения, происходящие на поверхности материала».
Ранее ученые стремились повысить эффективность золотых катализаторов путем их комбинирования с другими металлами или применения микроскопических наночастиц золота, размещенных на оксидных носителях. Однако недавние исследования демонстрируют, что структура поверхности может служить дополнительным методом увеличения каталитической активности золота.
[Фото: rawpixel-com / Magnific.com]