金并非惰性,它只是有保镖在保护它
摘要
研究揭示,金表面看似惰性,实则是因为其表面重建为六方结构形成了保护层,而四方晶格形式则具有催化活性。纳米粒子由于缺乏足够原子进行这种重建,从而展现出金的反应活性。
<p>金是一种奇怪的金属。它是少数几种不易氧化的金属之一。即使是同属元素周期表同一族的银和铜,也会形成弱氧化物。你可能会天真地认为金会像银一样失去光泽。金在元素周期表中紧邻铂,但却不具备铂的催化特性。</p>
<p>后来,金纳米粒子表现出催化活性,这种看似积极参与化学反应的行为让我们困惑不已。</p>
<p>现在,两位科学家<a href="https://dx.doi.org/10.1103/g3bc-t1qv" target="_blank" rel="noopener">解释了金的惰性</a>并非源自原子本身,而是源于金晶体形成的表面。在讨论结果之前,我们先来看看关于金惰性的传统解释,以及为什么一种没有催化活性的惰性材料在纳米粒子形态下会突然表现出催化作用。</p><p><a href="https://arstechnica.com/science/2026/06/gold-isnt-inert-it-just-has-bodyguards-protecting-it/">阅读全文</a></p>
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# 金并不惰性,只是有保镖在保护它
来源:https://arstechnica.com/science/2026/06/gold-isnt-inert-it-just-has-bodyguards-protecting-it/
为了证实这一点,研究人员研究了氧分子在每种金表面上的行为。他们探究了多少分子氧会吸附在表面,以及对于确实吸附的分子,需要多少能量才能使氧分子分裂。他们发现,块体金中常见的表面结构——一种六边形图案——并不强烈地保持氧气,而且氧气的结构也未发生变形。这意味着仍然需要大量能量才能使氧分子分裂成两个准备反应的原子。
另一方面,如果金的结构是方形图案,氧分子很容易吸附在表面,并被变形到分裂的程度,从而可以参与反应(实际上,在这种条件下,金本身也会氧化)。研究人员估计,方形晶格金表面的活性堪比常见的催化金属,例如铂。
## 隐藏你的敏感部分
金表面在另一个意义上也相当活跃:金原子很容易在表面重新排列。通过重新排列,它们将暴露的平坦方形晶格转变为稍微粗糙的惰性六边形晶格。但这种被称为表面重构的变化并不能以任意方式发生。相反,原子移动形成一种覆盖暴露表面的二维重复结构,而形成一个完整重复单元所需的面积相当大。在一大块金上,这不成问题,因为有足够的原子可以调配,因此每个表面最终几乎完全惰性。
但在纳米颗粒上,情况则不同。有限的原子数意味着没有足够的原子或空间来进行表面重构。因此,一种以惰性著称的材料突然显露出真实面目,开始发生反应并充当催化剂。
这些研究显示了表面化学和催化的细节可以多么精妙。惰性金属变得活跃,然后又因材料体积的变化而回归惰性。这也为催化研究开辟了新途径,尽管我不认为金很快会成为首选催化剂。
*《物理评论快报》*,2026年,DOI:10.1103/g3bc-t1qv (https://dx.doi.org/10.1103/g3bc-t1qv)
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