在科學家的眼里，黃金放在地下金庫里那絕對是浪費

貴金屬除作貨幣外還有何種用途？

圖片：《黃金大劫案》

貴金屬除作貨泉外還有何種用途？

Luyao Zou，光譜學|嘗試天體化學|超愛妻子

在我們日常糊口中，黃金是財富的代名詞。黃金不僅罕見，并且化學性質十分不變，所以才當作為貴金屬，被打造當作昂貴的首飾，或者爽性釀成金條金塊，象征著永恒的財富。

不外，科學家在研究科學問題時，才不會在意黃金的宿世俗價值。在科學家眼里，黃金有很多用途泛博的性質，把它放在地下金庫里可是屈才了。

金的導電性在所有金屬中排第三，第兩名別離是銀和銅。不外銀和銅都仍是輕易被侵蝕，但金卻不怕侵蝕。固然王水可以消融金，但日常前提下的空氣、水汽等等都何如不了金。所以，金很是適合用來建造電子電路中的關頭觸點。在電子電路中，杰出的接觸可以避免發生額外的噪聲。我們利用的每一部手機、每一臺電腦，里面的本家兒控電路板上，都含有微量的金。包羅那些比力高級的線材，例如 Hi-Fi 發燒友們利用的音頻接口，概況城市利用鍍金處置，以包管更持久的杰出接觸。

金的導電性還使得它可以用來建造機能很高的鏡子。這是為什么呢？

經典電磁學可以供給一個心猿意馬性詮釋。（抱負）金屬作為良導體，概況始終是等勢面，內部不會堆集電荷。電磁波照射到金屬概況時，金屬概況會激起相位相反的電磁場，以維持自身內部沒有電場。這樣發生的結果就是會把所有入射的電磁波反射歸去。是以，現實金屬的導電率越高，電阻越小，就越接近抱負金屬，反射率也就越高。「哈根—魯本斯關系」給出了這個心猿意馬量關系：

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

此中，

$\epsilon_0$

是真空介電常數，

$\omega$

是電磁波的頻率，

$\sigma$

就是金屬的電導率。電導率越高，分母就越小，反射率就越接近于 1。

金對于波長大于 600 nm 的光的反射率，在所有金屬中數一數二。這個領先地位可以一向延申到紅外波和毫米波。在緊密的光學和光譜學嘗試中，鍍金的鏡子很是常見。下圖就是我嘗試室中利用的鍍金聚焦鏡，工作在毫米波波段。

大師知道，量子宿世界很是獨特，往往表示出和宏不雅宿世界判然不同的氣象。量子宿世界里的金也一改宏不雅時的高冷（化學性質不變），變得多彩又活躍。

直徑幾十到幾百納米的金顆粒可以形當作金溶膠，它們的色彩跟著顆粒直徑的增添而從紅色變為藍紫色，絢爛的色彩可以用做家居裝飾【大誤】。這是量子效應發生的現象，我在之前的回覆有哪些物理學上的事實沒有必然物理學常識的人不會相信中具體詮釋過。

當然，貴金屬最有效的處所仍是在催化。做有機反映的同窗必定清晰催化加氫和碳氫鍵活化頂用到的各類鈀（Pd）催化劑。鈀（Pd）、鉑（Pt）、銠（Rh）等貴金屬在催化工業上具有無可代替的地位。

此中通俗人最為熟悉的，莫過于汽車從頭至尾氣處置。我們此刻開在路上的每一輛汽車里面，就搭載了含有鉑、鈀等貴金屬的「三元催化器」，它可以把汽車從頭至尾氣中不完全燃燒發生的一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、碳氫化合物（HC）等有害氣體催化當作不那么有害的二氧化碳（CO2）、氮氣（N2）和水（H2O）這也是為什么三元催化器很貴的原因。

那么納米金呢？一旦納米金顆粒的直徑小于 10 納米（Hutchings 2008），分離在載體上的金就會對吸附一氧化碳（CO）有奇效；并且它在常溫下就可以有用地把一氧化碳（CO）氧化當作二氧化碳（CO2），遠比三元催化器中的鈀、鉑來得有用。這個效應最早是 20 宿世紀 80 年月由日本科學家春田正毅（Masatake Haruta）發現的（Haruta et al., 1987），春田也是以當作為「金催化」的開山祖師。據說，那時春田一起頭把論文投給 JACS，直接被編纂拒了，因為編纂認心猿意馬了金性質不變，必定不克不及做催化劑。

可是，利用金來催化氧化 CO 并沒有在汽車從頭至尾氣催化劑上獲得普遍的工業應用。這本家兒如果因為汽車從頭至尾氣的溫度太高了，而納米金在高溫下不不變，很輕易堆積當作團（團聚），就掉去催化能力。可是，在常溫甚至低至 -70°C 的低溫下，金比 Pt、Pd 等催化 CO 氧化的效率超出跨越不少。所以，這當作為一個很是有效的「模子」反映，是研究催化機理的抱負對象。事實是什么使得同為貴金屬的金有如斯獨特的催化特征呢？

后續研究發現這工作出格復雜。分歧溫度、分歧載體城市對催化反映的過程發生影響。科學家測驗考試提出了良多種機理，但直到此刻也還在爭論不休，沒有哪一種機理可以或許詮釋所有的現象。不外，此中一個比力遍及的環境是，水汽的存在有助于 CO 的氧化。例如，按照 2018 年的一項比力新的研究，水的質子轉移過程該當有助于活化氧分子，并完當作氧化 CO 的過程。氧分子和一氧化碳分子均可以在吸附在金概況，形當作 Au-CO 和 Au-OO；隨后水分子吸附到載體概況，并把一個質子轉移到 Au-OO 上，釀成 Au-OOH，這就活化了氧分子。之后，Au-CO + Au-OOH -> Au-COOH + Au-O； Au-COOH 就能丟下質子，釀成二氧化碳跑出去。（Saavedra et al., 2018）

當然，我不是這方面的專家，更多細節也不甚領會了。總之，在春田正毅發現納米金的低溫催化機能之后，把金納米顆粒搭載在各類分歧金屬、金屬氧化物和其他類型的載體上，而且摸索它們的催化機能和催化機理的研究就如雨后春筍般涌現出來了。良多這樣的研究就是在知乎上常被黑的那種「擺列組合」式的苦力研究，換個載體、換個反映、換個溫度，就能灌一篇水論文。

可以說，金納米顆粒養活了一大幫課題組。

最后，對于有錢人，金還有個很拉風的應用，就是吃。作為食物，金沒有任何攝生保健功能，獨一功能就是——燒錢！