Emas telah lama dihargai karena kilaunya yang cemerlang dan tahan lama. Kini, para peneliti di Universitas Tulane telah menemukan alasan penting mengapa logam mulia ini tetap tahan terhadap noda. Hasil penelitian mereka menunjukkan bahwa ketahanan emas tidak hanya ditentukan oleh sifat kimianya. Sebaliknya, susunan atom pada permukaannya memainkan peran penting.
Penelitian yang dipublikasikan di Surat Pemeriksaan Fisikmenemukan bahwa atom pada permukaan emas tertentu secara alami berubah menjadi pola pelindung yang membuat oksigen sangat sulit bereaksi dengan logam.
Perilaku yang baru teridentifikasi ini membantu menjelaskan mengapa perhiasan emas, koin, dan benda lainnya dapat tetap bersinar selama berabad-abad. Hal ini juga dapat membantu para ilmuwan mengembangkan katalis berbasis emas yang lebih efisien untuk industri manufaktur dan teknologi energi ramah lingkungan.
Pertahanan atom emas yang tersembunyi
“Orang-orang pada umumnya berpikir bahwa emas tidak mudah ternoda hanya karena tidak berinteraksi kuat dengan oksigen,” kata Matthew Montemore, profesor teknik kimia di Sekolah Sains dan Teknik Tulane. “Apa yang kami tunjukkan adalah bahwa pada dua jenis permukaan emas yang paling umum, atom-atom di permukaan mengatur ulang dirinya sedemikian rupa sehingga membuat emas jauh lebih tahan terhadap oksidasi.”
Untuk mempelajari proses tersebut, Montemore dan rekan penulis Santu Biswas, seorang peneliti pascadoktoral di Departemen Teknik Kimia dan Biomolekuler Tulane, menggunakan simulasi komputer untuk memodelkan perilaku atom dan elektron. Mereka meneliti bagaimana molekul oksigen berinteraksi dengan dua jenis permukaan emas yang umum.
Simulasi mengungkapkan bahwa jika atom-atom di permukaan tidak mengatur ulang dirinya sendiri, molekul oksigen akan lebih mudah terpisah dan bereaksi dengan emas. Sebaliknya, restrukturisasi atom sangat membatasi reaksi-reaksi ini.
Menurut para peneliti, permukaan yang ditata ulang ini mengurangi reaksi oksigen hingga satu miliar hingga satu triliun kali lipat. Akibatnya, mereka menciptakan penghalang pelindung pada skala atom yang memungkinkan emas tetap berkilau hampir tanpa batas waktu.
Apa arti penemuan ini bagi katalis emas
Selain menjelaskan salah satu karakteristik emas yang paling dikenal, penelitian ini juga mempunyai implikasi penting terhadap katalisis.
Katalis berbahan dasar emas, yang mempercepat reaksi kimia, telah digunakan dalam beberapa proses oksidasi industri. Namun, sifat yang membuat emas sangat tahan terhadap oksigen, sehingga ideal untuk perhiasan dan elektronik, juga mengurangi efektivitasnya dalam produksi kimia tertentu dan reaksi terkait energi.
Misalnya, katalis emas-paladium digunakan untuk memproduksi vinil asetat, bahan penting dalam banyak plastik dan produk lainnya. Para ilmuwan juga mempelajari katalis berbasis emas untuk aplikasi seperti menghilangkan karbon monoksida dari knalpot kendaraan dan memproduksi propilena oksida, bahan kimia industri lain yang banyak digunakan.
“Jika Anda bisa mengelabui emas agar memisahkan oksigen, itu sebenarnya bisa menjadi katalis yang sangat efektif untuk reaksi tertentu,” kata Montemore. “Pekerjaan kami menyarankan strategi baru untuk mencapai hal ini dengan mencegah atau membalikkan penataan ulang permukaan ini.”
Strategi baru untuk katalis yang lebih baik
Hingga saat ini, upaya untuk meningkatkan katalis berbasis emas sebagian besar terfokus pada penggabungan emas dengan logam lain atau penggunaan nanopartikel emas kecil pada permukaan oksida.
Temuan baru ini menunjukkan mungkin ada jalan lain ke depan. Dengan mengontrol geometri permukaan emas dan bagaimana atom-atomnya menyusun dirinya sendiri, para peneliti mungkin dapat meningkatkan kinerja katalitik logam sambil membangun pemahaman yang lebih dalam tentang mengapa emas tetap utuh sepanjang sejarah.
