来自美国图兰大学（Tulane University）的研究团队近日公布最新成果，首次在原子尺度层面揭示了黄金极强抗氧化、不易失去光泽的深层原因。研究显示，黄金表面部分原子会在与氧气相遇时自发重排，形成一种类似“隐形护盾”的结构，显著阻碍氧分子与黄金发生化学反应。
长期以来，人们普遍认为黄金不易变色，主要是因为金原子与氧之间相互作用较弱。图兰大学化学工程副教授 Matthew Montemore 指出，这一传统解释并不完整。他们的研究发现，在两种最常见的黄金表面结构上，表面原子会发生重构，重排成更稳定的排列方式，从而使黄金对氧化反应的抵抗能力大幅增强。
Montemore 与共同作者、化学与生物分子工程系博士后研究员 Santu Biswas 使用计算机模拟，对氧分子接触两种常见金表面的过程进行了详细建模分析。结果显示，如果黄金表面原子保持未重排状态，氧分子更易被裂解并与黄金发生反应。一旦表面完成重构，黄金与氧的反应速率将被降低约十亿到一万亿倍，相当于在原子层面形成一道几乎阻断氧化的屏障。
这项工作为黄金长期不失光泽提供了全新的物理化学解释，也进一步说明为何金饰品和其他黄金制品可以在长时间甚至数百年内保持稳定外观。与此同时，该机制对催化科学也具有重要启示意义。目前，以黄金为基础的催化剂已用于部分工业氧化反应，但黄金对氧分子裂解的“天生抵抗”，在一定程度上限制了其在化工生产和能源应用中的反应活性。
黄金与钯组合使用的催化体系已应用于醋酸乙烯等化工产品的生产，黄金催化剂也被研究用于汽车尾气一氧化碳清除和丙烯氧化物制备等领域。Montemore 表示，如果能够通过某种方式“欺骗”黄金，让其更容易裂解氧分子，黄金有望成为多种重要工业反应的高效催化材料。此次研究提出的新思路，是通过阻止或逆转黄金表面原子重构，从根本上改变其表面几何结构，以提高反应活性。
过去，提升黄金催化性能的努力多集中在与其他金属合金化或在氧化物载体上负载纳米尺度金颗粒。而最新结果则提示，直接设计黄金表面的几何结构、控制其原子排列模式，可能成为提高黄金反应性的另一条有效路径。相关论文以《Role of Reconstruction in the Inertness of Gold toward Oxygen》（黄金惰性抗氧化中表面重构的作用）为题，已发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。