Стойкость золота к окислению увязали с уникальным расположением атомов

МОСКВА, 18 мая. /ТАСС/. Химики из США обнаружили, что золото не окисляется кислородом воздуха и является крайне инертным материалом благодаря уникальному расположению атомов на поверхности этого металла, объединенных в шестиугольные "соты". Подобный рисунок из атомов золота замедляет его окисление более чем в 1 млрд раз, пишут физики в статье, опубликованной в научном журнале Physical Review Letters.

"Проведенные нами опыты показали, что шестиугольная структура поверхности золота порождает мощнейший барьер, которые на несколько порядков замедляет процесс проникновения атомов кислорода в его толщу по сравнению с тем, если бы атомы золота были уложены в квадраты или параллелепипеды. Если бы золото не образовало бы спонтанно эти шестиугольники, то оно бы очень быстро окислялось на воздухе", - пишут исследователи.

К такому выводу пришла группа американских химиков под руководством доцента Тулейнского университета (США) Мэттью Монтемора при изучении того, почему золото является самым инертным металлом, но при этом его наночастицы активно вступают в самые разные реакции. Даже в такой форме золото относительно неохотно поглощает кислород при низких температурах и давлениях, что ограничивает его применение в каталитической химии.

Для раскрытия причин этого исследователи просчитали при помощи методов квантовой химии взаимодействия между молекулами кислородами и разными типами "рисунков", которые могут образовать атомы золота на его поверхности. Эти расчеты показали, что атомы золота могут формировать два типа шестиугольных структур, каждая из которых порождает необычайно мощный барьер для проникновения молекул кислорода и их расщепления на одиночные атомы.

В противоположность этому кислород активно проникает в толщу металла при расположении атомов золота в виде квадратов или прямоугольников, в результате чего его окисление должно в таком случае ускориться в 1 млрд раз. На практике этого не происходит, так как поверхность золота почти всегда спонтанно перестраивается и приобретает то расположение, в котором оно приобретает сверхвысокую стойкость к действию кислорода.

Этот процесс, как предполагают ученые, не происходит в некоторых типах наночастиц, которые предположительно содержат в себе слишком мало атомов золота для того, чтобы их поверхность могла "перестроиться" и стать стойкой к действию кислорода. Это объясняет то, почему они значительно активнее взаимодействуют кислородом, чем можно пользоваться при разработке новых катализаторов, подытожили ученые.