これを確認するために、研究者らは、各種の金表面における酸素分子の挙動を研究しました。彼らは、どのくらいの量の酸素分子が表面に付着するのか、そして付着した分子の場合、酸素分子を分裂させるにはどのようなエネルギーが必要なのかを尋ねました。彼らは、バルク金で一般的に観察される表面構造、つまり六角形のパターンが酸素をあまり強く保持しておらず、酸素構造が歪んでいないことを示しました。これは、酸素分子をすぐに反応できる 2 つの原子に分割するには、依然として多くのエネルギーが必要であることを意味します。
一方、金の構造が正方形のパターンの場合、酸素分子は表面に付着しやすく、分裂寸前まで変形して反応しやすくなります (実際、このような条件下では金も酸化します)。研究者らは、四角い金の表面はプラチナなどの一般的な触媒金属と同じくらい活性があると推定しています。
敏感な部分を隠します
金の表面は、金の原子が表面上に容易に配置されるという意味でも非常に活性です。足を引きずり回すことで、むき出しの平らな正方格子が、少し粗く非アクティブな六角形の格子に変化します。しかし、表面の回復と呼ばれる変化は、いかなる形でも起こり得ません。その代わりに、原子は移動して露出面を覆う二次元構造を形成し、繰り返し構造の完全な単位を形成するために必要な面積は非常に大きくなります。金塊の場合、これは問題にはなりません。原子がたくさんあるため、各表面は最終的にほぼ完全に不活性になります。
ナノ粒子の場合は話が異なります。原子の数が限られているということは、表面を再構成するのに十分な原子または空間がないことを意味します。すると、不活性で知られる物質が突然その正体を現し、反応を始め、触媒として働き始めます。
これらの研究は、表面化学と触媒作用の詳細がいかに複雑であるかを示しています。不活性金属は、材料の体積が変化するだけで活性になり、その後不活性に戻ります。また、触媒作用の研究に新たな道も開かれますが、金がすぐに触媒として選ばれるとは思いません。
物理的なレビューレター2026、DOI: 10.1103/g3bc-t1qv
