В чем секрет вечного блеска золота: нечто внутри перестраивается, чтобы сохранить сияние

Золото считалось ценным материалом в различных культурах на протяжении тысячелетий. Его привлекательность была обусловлена сочетанием двух факторов: физической редкостью и устойчивостью к потускнению, ржавчине и коррозии, пишет Фокус.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Исследования показывают, что золотой предмет, созданный сотни лет тому, будет иметь тот же блеск, что и в момент изготовления. Но почему это так и чем обусловлен этот невероятный блеск золота? Новое исследования предполагает, что дело в его атомах, которые перестраиваются, чтобы сохранить сияние.

Долгое время способность золота сохранять свой блеск делала его самым "благородным" из всех известных металлов и объяснялась уникальным химическим составом металла. Однако теперь, новое исследование предполагает, что секрет кроется в том, что его атомы перестраиваются, чтобы защитить золото от окисления.

Помимо того, что золото является ценным, эстетически привлекательным ресурсом, оно играет все более важную роль в качестве катализатора в инженерии и наночастицах, где оно помогает ускорить химические реакции. Однако способность золота противостоять окислению также ограничивает его применение в химическом производстве и энергетике.

По словам ученых, это связано с тем, что многие промышленные и энергетические реакции зависят от металлов, способных временно окисляться и восстанавливаться. Исключительная устойчивость золота к окислению означает, что оно неохотно активирует такие молекулы, как кислород, которые необходимы для крупномасштабных химических превращений.

Ученые пытались повысить эффективность золота в качестве катализатора посредством комбинирования его с другими металлами или использования мелких наночастиц золота на оксидных поверхностях. Однако это имело ограниченный успех, в результате чего были созданы системы, зависящие от размеров частиц, дефектов поверхности или других материалов, что затрудняет контроль или масштабирование процесса.

Открытие того, что наночастицы золота могут быть использованы для ограниченной активации кислорода, подняло важные вопросы о том, почему крошечные количества золота ведут себя таким образом. Ученые считают, что ответ может крыться в расположении атомов на поверхности материала.

В новом исследовании команда из Университета Тулейн использовала компьютерное моделирование, предсказывающее поведение атомов и электронов, чтобы изучить взаимодействие молекул кислорода с распространенными структурами поверхности золота. Результаты показали, что некоторые золотые поверхности могут естественным образом перестраиваться, образуя защитные структуры, подавляющие активацию кислорода.

По словам соавтора исследования Мэтью Монтемора из Университета Тулейн в Луизиане, ранее считалось, что золото не тускнеет потому, что оно не сильно взаимодействует с кислородом. Однако теперь ученые показали, что для двух наиболее распространенных типов золотых поверхностей атомы на поверхности фактически перестраиваются таким образом, что делают золото гораздо более устойчивым к окислению.

Результаты моделирования команды также показали, что молекулы кислорода могут быть гораздо более реактивными с золотом, если у него нет этой способности к перестройке. Оказалось, что эта способность фактически подавляет реакции кислорода в миллиард-триллион раз, создавая, по сути, барьер атомного масштаба, который сохраняет золото в первозданном виде. Это объяснение может открыть новые возможности для использования золота в передовых катализах.

Напомним, ранее мы писали о том, что физики разгадали 20-летнюю ядерную загадку создания золота.

Ранее Фокус писал о том, что мечта алхимиков сбылась: как физики смогли превратить другие металлы в золото.

При написании использовались материалі Physical Review Letters, IFLScience.