Comment l’or conserve-t-il son éclat ? Des chercheurs découvrent pourquoi il résiste au ternissement

L’or est prisé depuis des milliers d’années pour son éclat durable, mais des chercheurs de l’Université Tulane ont découvert que la résistance de l’or au ternissement dépend de plus que de sa chimie. 

Dans une nouvelle étude publiée dans Physical Review Letters, les chercheurs ont découvert que les atomes sur certaines surfaces d’or se réorganisent naturellement en motifs protecteurs qui suppriment considérablement les réactions avec l’oxygène.

Cette découverte aide à expliquer pourquoi les bijoux en or et autres objets en or peuvent rester sans ternissement pendant des siècles — et pourrait également ouvrir la voie à la conception de catalyseurs à base d’or plus efficaces pour des applications industrielles et énergétiques.

« Les gens ont généralement pensé que l’or ne ternit pas simplement parce qu’il n’interagit pas fortement avec l’oxygène », explique Matthew Montemore, professeur associé en génie chimique à la School of Science and Engineering de Tulane. « Ce que nous montrons, c’est que pour deux des types de surfaces d’or les plus courants, les atomes de surface se réorganisent en fait d’une manière qui rend l’or beaucoup plus résistant à l’oxydation. »

En utilisant des simulations informatiques qui prédisent le comportement des atomes et des électrons, Montemore et le co-auteur Santu Biswas, chercheur postdoctoral au Department of Chemical & Biomolecular Engineering de Tulane, ont étudié comment les molécules d’oxygène interagissent avec deux structures de surface d’or courantes. Ils ont découvert que sans cette réorganisation atomique, les molécules d’oxygène pourraient se briser et réagir avec l’or beaucoup plus facilement.

Au lieu de cela, les surfaces réorganisées suppriment les réactions de l’oxygène d’un facteur d’un milliard à un billion, créant essentiellement une barrière protectrice à l’échelle atomique qui aide l’or à rester brillant indéfiniment.

Ces résultats offrent une nouvelle explication pour l’une des propriétés les plus connues de l’or tout en ouvrant la porte à des avancées potentielles en catalyse.

Les catalyseurs à base d’or — des matériaux qui accélèrent les réactions chimiques — sont déjà utilisés dans certaines réactions d’oxydation industrielles. Mais la résistance naturelle de l’or à la dissociation des molécules d’oxygène, le même trait qui le rend attractif pour la joaillerie et l’électronique, peut également limiter son utilité dans la fabrication chimique et les applications énergétiques.

Les catalyseurs or-palladium sont utilisés pour fabriquer l’acétate de vinyle, un composant chimique de base pour de nombreux plastiques et autres matériaux. Les chercheurs étudient également les catalyseurs à base d’or pour des usages tels que l’épuration du monoxyde de carbone dans les gaz d’échappement des voitures et la fabrication d’oxyde de propylène, un important produit chimique industriel.

« Si vous pouvez forcer l’or à dissocier l’oxygène, il peut en fait devenir un catalyseur très efficace pour certaines réactions», affirme Montemore. « Notre travail suggère une nouvelle stratégie pour potentiellement y parvenir en empêchant ou en inversant ces réorganisations de surface. »

Les chercheurs ont traditionnellement essayé d’améliorer les catalyseurs à base d’or en combinant l’or avec d’autres métaux ou en utilisant de minuscules nanoparticules d’or sur des surfaces d’oxyde. Les nouvelles découvertes suggèrent que la géométrie de surface elle-même pourrait offrir une autre voie pour améliorer l’activité catalytique de l’or. 

Article : Role of reconstruction in the inertness of gold toward oxygen – Journal : Physical Review Letters – DOI : Lien vers l’étude

Source : Tulane U.