在科学家的眼里，黄金放在地下金库里那绝对是浪费

贵金属除作货币外还有何种用途？

图片：《黄金大劫案》

贵金属除作货泉外还有何种用途？

Luyao Zou，光谱学|尝试天体化学|超爱妻子

在我们日常糊口中，黄金是财富的代名词。黄金不仅罕见，并且化学性质十分不变，所以才当作为贵金属，被打造当作昂贵的首饰，或者爽性酿成金条金块，象征着永恒的财富。

不外，科学家在研究科学问题时，才不会在意黄金的宿世俗价值。在科学家眼里，黄金有很多用途泛博的性质，把它放在地下金库里可是屈才了。

金的导电性在所有金属中排第三，第两名别离是银和铜。不外银和铜都仍是轻易被侵蚀，但金却不怕侵蚀。固然王水可以消融金，但日常前提下的空气、水汽等等都何如不了金。所以，金很是适合用来建造电子电路中的关头触点。在电子电路中，杰出的接触可以避免发生额外的噪声。我们利用的每一部手机、每一台电脑，里面的本家儿控电路板上，都含有微量的金。包罗那些比力高级的线材，例如 Hi-Fi 发烧友们利用的音频接口，概况城市利用镀金处置，以包管更持久的杰出接触。

金的导电性还使得它可以用来建造机能很高的镜子。这是为什么呢？

经典电磁学可以供给一个心猿意马性诠释。（抱负）金属作为良导体，概况始终是等势面，内部不会堆集电荷。电磁波照射到金属概况时，金属概况会激起相位相反的电磁场，以维持自身内部没有电场。这样发生的结果就是会把所有入射的电磁波反射归去。是以，现实金属的导电率越高，电阻越小，就越接近抱负金属，反射率也就越高。「哈根—鲁本斯关系」给出了这个心猿意马量关系：

$R\approx 1-2\sqrt{\frac{2\epsilon_0\omega}{\sigma}}$

此中，

$\epsilon_0$

是真空介电常数，

$\omega$

是电磁波的频率，

$\sigma$

就是金属的电导率。电导率越高，分母就越小，反射率就越接近于 1。

金对于波长大于 600 nm 的光的反射率，在所有金属中数一数二。这个领先地位可以一向延申到红外波和毫米波。在紧密的光学和光谱学尝试中，镀金的镜子很是常见。下图就是我尝试室中利用的镀金聚焦镜，工作在毫米波波段。

大师知道，量子宿世界很是独特，往往表示出和宏不雅宿世界判然不同的气象。量子宿世界里的金也一改宏不雅时的高冷（化学性质不变），变得多彩又活跃。

直径几十到几百纳米的金颗粒可以形当作金溶胶，它们的色彩跟着颗粒直径的增添而从红色变为蓝紫色，绚烂的色彩可以用做家居装饰【大误】。这是量子效应发生的现象，我在之前的回覆有哪些物理学上的事实没有必然物理学常识的人不会相信中具体诠释过。

当然，贵金属最有效的处所仍是在催化。做有机反映的同窗必定清晰催化加氢和碳氢键活化顶用到的各类钯（Pd）催化剂。钯（Pd）、铂（Pt）、铑（Rh）等贵金属在催化工业上具有无可代替的地位。

此中通俗人最为熟悉的，莫过于汽车从头至尾气处置。我们此刻开在路上的每一辆汽车里面，就搭载了含有铂、钯等贵金属的「三元催化器」，它可以把汽车从头至尾气中不完全燃烧发生的一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、碳氢化合物（HC）等有害气体催化当作不那么有害的二氧化碳（CO2）、氮气（N2）和水（H2O）这也是为什么三元催化器很贵的原因。

那么纳米金呢？一旦纳米金颗粒的直径小于 10 纳米（Hutchings 2008），分离在载体上的金就会对吸附一氧化碳（CO）有奇效；并且它在常温下就可以有用地把一氧化碳（CO）氧化当作二氧化碳（CO2），远比三元催化器中的钯、铂来得有用。这个效应最早是 20 宿世纪 80 年月由日本科学家春田正毅（Masatake Haruta）发现的（Haruta et al., 1987），春田也是以当作为「金催化」的开山祖师。据说，那时春田一起头把论文投给 JACS，直接被编纂拒了，因为编纂认心猿意马了金性质不变，必定不克不及做催化剂。

可是，利用金来催化氧化 CO 并没有在汽车从头至尾气催化剂上获得普遍的工业应用。这本家儿如果因为汽车从头至尾气的温度太高了，而纳米金在高温下不不变，很轻易堆积当作团（团聚），就掉去催化能力。可是，在常温甚至低至 -70°C 的低温下，金比 Pt、Pd 等催化 CO 氧化的效率超出跨越不少。所以，这当作为一个很是有效的「模子」反映，是研究催化机理的抱负对象。事实是什么使得同为贵金属的金有如斯独特的催化特征呢？

后续研究发现这工作出格复杂。分歧温度、分歧载体城市对催化反映的过程发生影响。科学家测验考试提出了良多种机理，但直到此刻也还在争论不休，没有哪一种机理可以或许诠释所有的现象。不外，此中一个比力遍及的环境是，水汽的存在有助于 CO 的氧化。例如，按照 2018 年的一项比力新的研究，水的质子转移过程该当有助于活化氧分子，并完当作氧化 CO 的过程。氧分子和一氧化碳分子均可以在吸附在金概况，形当作 Au-CO 和 Au-OO；随后水分子吸附到载体概况，并把一个质子转移到 Au-OO 上，酿成 Au-OOH，这就活化了氧分子。之后，Au-CO + Au-OOH -> Au-COOH + Au-O； Au-COOH 就能丢下质子，酿成二氧化碳跑出去。（Saavedra et al., 2018）

当然，我不是这方面的专家，更多细节也不甚领会了。总之，在春田正毅发现纳米金的低温催化机能之后，把金纳米颗粒搭载在各类分歧金属、金属氧化物和其他类型的载体上，而且摸索它们的催化机能和催化机理的研究就如雨后春笋般涌现出来了。良多这样的研究就是在知乎上常被黑的那种「摆列组合」式的苦力研究，换个载体、换个反映、换个温度，就能灌一篇水论文。

可以说，金纳米颗粒养活了一大帮课题组。

最后，对于有钱人，金还有个很拉风的应用，就是吃。作为食物，金没有任何摄生保健功能，独一功能就是——烧钱！