Шестиугольная структура атомов делает золото инертным к кислороду

Специалисты по вычислительной химии из Тулейнского университета Санту Бисвас и Мэтью Монтемор установили причину низкой реакционной способности золота с кислородом. Исследование показало, что атомы на поверхности металла формируют плотную гексагональную структуру, препятствующую распаду молекул кислорода и окислению.

Ученые провели компьютерное моделирование взаимодействия молекул кислорода с наноскопическими поверхностями золота двух типов. Реконструированные поверхности с плотной гексагональной упаковкой атомов блокировали расщепление молекул кислорода. Нереконструированные поверхности с квадратной структурой позволяли кислороду диссоциировать в миллиарды и триллионы раз легче.

Различие объясняется геометрией расположения атомов. Плотная гексагональная решетка не оставляет молекулам кислорода достаточного пространства для распада на отдельные атомы. Квадратные структуры обеспечивают свободное размещение молекул и их последующее расщепление.

Открытие дает объяснение каталитическим свойствам золотых наночастиц, обнаруженным в 1980-х годах. Мелкие частицы не успевают сформировать плотную гексагональную поверхность и сохраняют реакционноспособные квадратные участки. Это позволяет наночастицам эффективно активировать кислород, несмотря на инертность массивного золота.

Результаты работы могут применяться при создании золотых катализаторов для реакций окисления. Авторы предлагают разрабатывать поверхности с квадратной структурой для повышения каталитической активности при сохранении коррозионной стойкости золота.