غزال زیاری: هزاران سال است که طلا در فرهنگهای مختلف دنیا به عنوان یک ماده ارزشمند شناخته میشود. این جذابیت ماندگار در واقع ترکیبی از دو عامل است: کمیابی فیزیکی و مقاومتش در برابر کدر شدن، زنگزدگی یا خوردگی. به بیانی دیگر، یک شیء طلایی که صدها سال پیش ساخته شده، امروز هم همان درخششی را دارد که در زمان ساخت داشته.
توانایی طلا برای حفظ ظاهر بینقصش برای مدتی طولانی، باعث شده که «نجیبترین» فلز شناخته شده عنوان بگیرد و محققان این ویژگی حیرتانگیز را به ترکیب شیمیایی منحصربهفرد طلا نسبت میدهند؛ اما نتایج یک بررسی جدید حکایت از آن دارد که اتمهای طلا برای محافظت در برابر اکسیداسیون، خود را بازآرایی میکنند.
مقاومت در برابر اکسیداسیون؛ خوب یا بد؟
طلا فراتر از یک منبع ارزشمند و زیبا، نقش مهمی بهعنوان کاتالیزور در مهندسی و نانوذرات ایفا میکند و به طرز معجزهآسایی به سرعت بخشیدن به واکنشهای شیمیایی کمک میکند.
اما توانایی طلا در مقاومت در برابر اکسیداسیون (فرآیندی که طی آن کدر شده یا زنگ میزند) باعث محدود شدن کاربردش در تولیدات شیمیایی و کاربردهای انرژی میشود. چرا که بسیاری از واکنشهای صنعتی و مرتبط با انرژی، به فلزاتی وابستهاند که بتوانند بهطور موقت اکسید شده و دوباره احیا شوند. ولی مقاومت استثنایی طلا در برابر اکسیداسیون به این معناست که این فلز تمایلی به فعالسازی مولکولهایی مثل اکسیژن (که برای دگرگونیهای شیمیایی در مقیاس بزرگ ضروری هستند)، ندارد.
محققان با هدف بهبود عملکرد طلا بهعنوان کاتالیزور، سعی کردهاند تا آن را با فلزات دیگری ترکیب کرده یا از نانوذرات کوچک طلا بر روی سطوح اکسیدی استفاده کنند. اما تمام این تلاشها، موفقیت محدودی داشته.
با این وجود کشف این نکته که نانوذرات طلا میتوانند برای فعالسازی محدود اکسیژن مورد استفاده قرار بگیرند، حالا سوالهای مهمی را در اینباره که چرا مقادیر ناچیز طلا اینگونه رفتار میکنند، مطرح کرده و به نظر میرسد که احتمالا جواب این سوال، در نحوه آرایش اتمها بر روی سطح ماده نهفته است.
بازآرایی به صورت طبیعی
محققان دانشگاه تولین، در مطالعه جدیدشان با استفاده از شبیهسازیهای کامپیوتری که با آن به پیشبینی نحوه رفتار اتمها و الکترونها میپردازند، تلاش کردند تا ببینند نحوه تعامل مولکولهای اکسیژن با ساختارهای رایج سطح طلا چگونه است. آنها متوجه شدند که بعضی از سطوح طلا میتوانند با بازآرایی به صورت طبیعی، الگوهای محافظی را تشکیل دهند که فعالسازی اکسیژن را سرکوب میکند.
متیو مونتهمور یکی از محققان این پروژه توضیح داد:«مردم عموماً تصور میکردند که طلا به این خاطر کدر نمیشود که واکنش شدیدی با اکسیژن نشان نمیدهد. اما آنچه ما نشان میدهیم این است که برای دو مورد از رایجترین انواع سطح طلا، اتمهای سطحی در واقع خود را به گونهای بازآرایی میکنند که طلا در برابر اکسیداسیون به مراتب مقاومتر میشود.»
هنگامی که مونتهمور و همکارانش شبیهسازیها را اجرا کردند، متوجه شدند که اگر طلا این توانایی بازآرایی را نداشت، مولکولهای اکسیژن میتوانستند با آن واکنشپذیری به مراتب بیشتری داشته باشند. طبق این تحقیقات مشخص شد که این توانایی در واقع واکنشهای اکسیژن را بین یک میلیارد تا یک تریلیون برابر سرکوب میکند و عملا مانعی در مقیاس اتمی ایجاد میکند که طلا را بکر و دستنخورده نگه میدارد.
استفاده از طلا در حوزههای جدید
دستیابی به این نتیجه، دریچههای جدیدی را برای بهرهبرداری از طلا در کاتالیز پیشرفته باز خواهد کرد.
در حال حاضر از کاتالیزورهای طلاپالادیوم برای تولید وینیل استات، که به عنوان بلوک سازنده پلاستیکها و مواد دیگر عمل میکند، استفاده میشود. دانشمندان درعین حال مشغول بررسی روشهایی برای استفاده از کاتالیزورهای طلا در راستای پاکسازی مونوکسید کربن در اگزوز خودروها و تولید پروپیلن اکسید هستند.
مونتهمور توضیح داد:«اگر بتوانید طلا را فریب دهید تا اکسیژن را تجزیه کند، به کاتالیزور خیلی مؤثری برای واکنشهای خاص تبدیل خواهد شد. کار ما طرح جدیدی را برای انجام بالقوه این کار از طریق جلوگیری یا معکوس کردن این بازآراییهای سطحی پیشنهاد میکند.»
منبع: iflscience
۵۸۳۲۱