Złoto od tysiącleci stanowiło materiał szczególnie ceniony dzięki swoim właściwościom – jego powierzchnia nie matowieje wraz z upływem czasu. Początkowo uważano, że metal ten słabo reaguje z tlenem, ale najnowsze odkrycie precyzuje te unikalne mechanizmy na poziomie atomowym. Choć dla właścicieli biżuterii jest to ciekawostka, to dla sektora czystej energii, badanie to otwiera nowe możliwości projektowe.  

Atomowa bariera ochronna złota

Grupa naukowców z Uniwersytetu Tulane w badaniu opublikowanym w czasopiśmie Physical Review Letters rzuca zupełnie nowe światło na mechanizm odporności złota. Do analizy wykorzystano zaawansowane symulacje komputerowe, aby prześledzić zachowanie atomów i elektronów na powierzchniach tego metalu. Wyniki badań wykazały, że atomy na powierzchni złota są bardzo aktywne – przesuwają się i układają w specjalne, ochronne wzory. 

Naturalna strukturalna reorganizacja sprawia, że cząsteczkom tlenu niezwykle trudno jest wejść w reakcję chemiczną z metalem. W efekcie szybkość reakcji utleniania zostaje zredukowana nawet do biliona razy w porównaniu z modelem, w którym atomy pozostałyby w swoich pierwotnych pozycjach. Mechanizm ten działa zatem jak niewidzialna, niezwykle skuteczna bariera na skalę atomową, która fizycznie uniemożliwia matowienie kruszcu, co jest pożądane w jubilerstwie oraz elektronice.

1,41% PKB na badania i rozwój w Polsce. Naukowcy alarmują i zapowiadają protest

Zmiany w katalizie przemysłowej 

Właściwości złota stanowią spore wyzwanie dla inżynierów chemicznych, bowiem te same właściwości, które chronią złoto przed matowieniem ograniczają również jego zdolność do przyspieszania pożądanych reakcji chemicznych. Złoto jest bowiem cennym katalizatorem, wykorzystywanym m.in. w produkcji octanu winylu – kluczowego składnika wielu tworzyw sztucznych. Jednak naukowcy badają możliwość wykorzystania tego kruszcu w zielonych technologiach – oczyszczaniu spalin samochodowych z tlenku węgla oraz w technologiach związanych z pozyskiwaniem energii ze słońca. 

Zrozumienie przez naukowców, w jaki sposób atomy blokują dostęp tlenu, może pozwolić na opracowanie nowych strategii wykorzystania tego metalu. Dotychczas starano się poprawić właściwości katalizatorów głównie poprzez połączenie złota z innymi metalami (np. palladem). Nowe odkrycie sugeruje jednak, że zamiast zmieniać skład chemiczny, naukowcy mogą próbować wykorzystać manipulację geometrią powierzchni złota w celu uzyskania pożądanych właściwości. Jak wskazują autorzy badania, możliwość reorganizacji tego procesu mogłaby zwiększyć efektywność złota w procesach przemysłowych. 

Jeśli uda się skłonić złoto do oddzielenia tlenu, może ono stać się bardzo skutecznym katalizatorem niektórych reakcji. Nasze badania wskazują na nową strategię, która potencjalnie pozwala to osiągnąć poprzez zapobieganie tym przemianom powierzchniowym lub ich odwracanie – powiedział Matthew Montemore, adiunkt inżynierii chemicznej na Uniwersytecie Tulane.

Ten kierunek badań może się okazać szczególnie cenny do rozwoju nanostruktur wykorzystywanych w ogniwach słonecznych nowej generacji. Lepsza znajomość tego procesu pozwoli naukowcom uzyskać większą kontrolę nad przepływem elektronów i reakcjami na powierzchni złota. 

Zobacz też: Wyniki badań Politechniki Lubelskiej: moduły PV z krzemu krystalicznego najwydajniejsze w Polsce

Źródła: sciencedaily.com, Physical Review Letters, tulane.edu

Fot. Canva  

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.