Une équipe de recherche de l'Université de Tulane aux États-Unis a récemment annoncé ses derniers résultats, révélant pour la première fois à l'échelle atomique les raisons sous-jacentes pour lesquelles l'or est extrêmement résistant à l'oxydation et ne perd pas facilement son éclat. La recherche montre que certains atomes à la surface de l'or se réorganisent spontanément lorsqu'ils rencontrent de l'oxygène, formant une structure similaire à un « bouclier invisible », qui entrave considérablement la réaction chimique entre les molécules d'oxygène et l'or.
Pendant longtemps, on a généralement cru que l'or n'était pas facile à changer de couleur, principalement parce que l'interaction entre les atomes d'or et l'oxygène était faible. Matthew Montemore, professeur agrégé de génie chimique à l'Université de Tulane, souligne que cette explication traditionnelle est incomplète. Leurs recherches ont révélé que sur les deux structures de surface de l'or les plus courantes, les atomes de surface sont restructurés et réarrangés selon un arrangement plus stable, augmentant ainsi considérablement la résistance de l'or aux réactions d'oxydation.
Montemore et son co-auteur Santu Biswas, chercheur postdoctoral au Département de génie chimique et biomoléculaire, ont utilisé des simulations informatiques pour modéliser en détail le processus par lequel les molécules d'oxygène entrent en contact avec deux surfaces d'or communes. Les résultats montrent que si les atomes à la surface de l’or ne sont pas réorganisés, les molécules d’oxygène sont plus susceptibles de se diviser et de réagir avec l’or. Une fois la surface restructurée, la vitesse de réaction entre l'or et l'oxygène sera réduite d'environ un milliard à un billion de fois, ce qui équivaut à former une barrière qui bloque presque l'oxydation au niveau atomique.
Ce travail fournit une nouvelle explication physique et chimique du ternissement à long terme de l'or et explique en outre pourquoi les bijoux en or et autres produits en or peuvent conserver une apparence stable pendant de longues périodes, voire des centaines d'années. Dans le même temps, ce mécanisme a également des implications importantes pour la science de la catalyse. À l'heure actuelle, des catalyseurs à base d'or ont été utilisés dans certaines réactions d'oxydation industrielles, mais la « résistance innée » de l'or au clivage des molécules d'oxygène limite dans une certaine mesure sa réactivité dans la production chimique et les applications énergétiques.
Des systèmes catalytiques utilisant une combinaison d’or et de palladium ont été utilisés dans la production de produits chimiques tels que l’acétate de vinyle. Les catalyseurs à l'or ont également été étudiés pour une utilisation dans des domaines tels que l'élimination du monoxyde de carbone des gaz d'échappement des automobiles et la préparation de l'oxyde de propylène. Montemore a déclaré que si l'or pouvait être « trompé » de manière à faciliter la division des molécules d'oxygène, l'or pourrait devenir un matériau catalytique efficace pour une variété de réactions industrielles importantes. La nouvelle idée proposée dans cette étude est de modifier fondamentalement la géométrie de sa surface pour améliorer la réactivité en empêchant ou en inversant la reconstruction atomique de la surface de l'or.
Dans le passé, les efforts visant à améliorer les performances catalytiques de l’or se sont concentrés sur son alliage avec d’autres métaux ou sur le support de particules d’or à l’échelle nanométrique sur des supports d’oxyde. Les derniers résultats suggèrent que la conception directe de la structure géométrique de la surface de l’or et le contrôle de son agencement atomique pourraient devenir un autre moyen efficace d’améliorer la réactivité de l’or. L'article connexe s'intitule « Rôle de la reconstruction dans l'inertie de l'or envers l'oxygène » et a été publié dans Physical Review Letters.