Bí mật giúp vàng “miễn nhiễm” với quá trình oxy hóa

Theo phóng viên TTXVN tại Tel Aviv, một nghiên cứu mới đã làm sáng tỏ cơ chế ở cấp độ nguyên tử giúp vàng duy trì độ sáng bóng và có khả năng chống oxy hóa đặc biệt cao, qua đó mở ra khả năng điều chỉnh tính chất bề mặt của kim loại này cho các ứng dụng công nghiệp.

Theo Viện Giáo dục khoa học Davidson thuộc Viện Khoa học Weizmann (Israel), nghiên cứu đăng trên tạp chí Physical Review Letters cho thấy khả năng chống oxy hóa đặc biệt của vàng bắt nguồn từ cách các nguyên tử sắp xếp trên bề mặt kim loại. Bằng các mô phỏng trên máy tính, nhóm nghiên cứu tại Đại học Tulane (Mỹ) đã phân tích cách oxy trong không khí tiếp xúc và phản ứng với bề mặt vàng, qua đó xác định cơ chế giúp vàng rất khó bị oxy hóa.

Thông thường, để một kim loại bị oxy hóa, bề mặt của nó trước tiên phải phá vỡ phân tử oxy thành các nguyên tử oxy riêng lẻ. Các nguyên tử này sau đó liên kết với kim loại để hình thành oxide. Tuy nhiên, khi một bề mặt vàng mới được tạo ra, chẳng hạn sau khi kim loại bị cắt, các nguyên tử ở lớp ngoài cùng tự tái cấu trúc từ mạng tinh thể gần dạng vuông sang cấu trúc lục giác.

Các mô phỏng cho thấy sự thay đổi hình học này có tác động rất lớn. Nếu các nguyên tử vàng duy trì cấu trúc dạng vuông, bề mặt kim loại có khả năng phân tách phân tử oxy hiệu quả và quá trình oxy hóa có thể bắt đầu gần như ngay lập tức. Ngược lại, cấu trúc lục giác khiến việc phá vỡ liên kết giữa hai nguyên tử oxy trở nên khó khăn hơn rất nhiều.

Theo tính toán của nhóm nghiên cứu, quá trình oxy hóa bề mặt vàng có cấu trúc lục giác có thể diễn ra chậm hơn từ 1 triệu đến 1.000 tỷ lần so với trường hợp các nguyên tử duy trì cấu trúc dạng vuông. Ngoài ra, oxide vàng cũng không ổn định, khiến lớp oxide hình thành trên bề mặt khó phát triển thành lớp ăn mòn lâu dài.

Phát hiện không chỉ giải thích vì sao vàng có khả năng duy trì độ sáng bóng trong thời gian rất dài mà còn có thể mang ý nghĩa ứng dụng. Vàng hiện được sử dụng trong một số chất xúc tác hóa học. Các nhà nghiên cứu cho rằng nếu có thể chủ động điều khiển các nguyên tử bề mặt vàng chuyển sang cấu trúc có khả năng phản ứng cao hơn, tính hoạt hóa hóa học của kim loại này có thể được tăng đáng kể, mở ra hướng thiết kế các chất xúc tác mới.