黄金可能拥有一套秘密的自卫机制，助其抵御变色。研究人员发现，黄金表面的原子会自行重组形成特定的排列模式，从而阻止氧气与金属发生反应，将氧化程度抑制了多达一万亿倍。这一发现不仅解释了为何黄金首饰能历经数代依然光亮如新，还有助于科学家开发出用于制造业和清洁能源领域的更高效金基催化剂。
这项发表在《物理评论快报》上的研究发现，特定金表面上的原子会自然转变为保护性构型，使得氧气极难与金属发生反应。
这一新发现的行为有助于解释为何金首饰、金币及其他物品能历经数百年仍保持光泽。它还可能帮助科学家开发更有效的金基催化剂，用于工业制造和清洁能源技术。
金隐藏的原子防御机制
“人们通常认为金之所以不失光泽，仅仅是因为它不与氧气发生强烈的相互作用，”杜兰大学科学与工程学院化学工程副教授马修·蒙特莫尔说，“我们要展示的是，对于两种最常见的金表面类型，表面原子实际上会自行重排，从而使金更难被氧化。”
为了研究这一过程，蒙特莫尔及其合著者、杜兰大学化学与生物分子工程系博士后研究员桑图·比斯瓦斯使用计算机模拟对原子和电子的行为进行了建模。他们考察了氧分子如何与两种常见的金表面相互作用。
模拟显示，如果表面原子不进行重排，氧分子会更容易分裂并与金发生反应。相反，这种原子重构极大地限制了此类反应。
研究人员表示，这些重组后的表面将氧气反应降低了十亿到一万亿倍。实际上，它们形成了一道原子尺度的保护屏障，使金几乎能无限期地保持光泽。
这一发现对金催化剂的意义
除了解释金最显著的特性之一外，这项研究可能对催化领域具有重要意义。
能够加速化学反应的金基催化剂已用于多种工业氧化过程。然而，正是这种使金对氧气具有高抗性（从而成为珠宝和电子产品理想材料）的特性，同时也降低了其在某些化学制造和能源相关反应中的有效性。
例如，金钯催化剂被用于生产醋酸乙烯酯，这是许多塑料和其他产品的重要原料。科学家还在探索金催化剂在去除汽车尾气中的一氧化碳以及生产环氧丙烷（另一种广泛使用的工业化学品）等方面的应用。
“如果你能诱导金解离氧气，它实际上可以成为某些反应非常有效的催化剂，”蒙特莫尔说，“我们的工作提出了一种实现这一目标的潜在新策略，即通过阻止或逆转这些表面重排。”
改进催化剂的新策略
直到现在，改进金催化剂的努力主要集中在将金与其他金属结合，或在氧化物表面使用微小的金纳米颗粒。
新发现表明，可能存在另一条前进的道路。通过控制金表面的几何结构及其原子的排列方式，研究人员或许能够提高该金属的催化性能，同时也加深了对金为何在历史上始终保持光泽的理解。