Neue Entdeckung enthüllt Schlüsselrolle von Nickel-Ionen im Simons-Prozess

Diese bahnbrechende Forschung ermöglicht eine gezielte Verbesserung des Simons-Prozesses, was von großer Bedeutung für die chemische Industrie ist

13.05.2024

Forscher*innen der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und der Freien Universität Berlin haben erstmals den genauen Mechanismus des Simons-Prozesses entschlüsselt. Das elektrochemische Verfahren ist von großer Bedeutung für die Herstellung fluororganischer Verbindungen und wird u.a. in der Pharmazie, Agrochemie, Kunststoffherstellung und Elektronik angewandt.

Der Simons-Prozess, benannt nach seinem Entdecker, dem amerikanischen Chemiker Joseph H. Simons, nutzt ein elektrochemisches Verfahren zur Synthese fluororganischer Verbindungen. Durch die Passage von Strom durch eine Elektrolytlösung mit Fluorwasserstoff an einer Anode und einer Kathode entstehen fluorhaltige Ionen, die mit anderen Ionen oder Molekülen in der Lösung reagieren, um die gewünschten fluorhaltigen Verbindungen zu bilden.

Obwohl dieses Verfahren seit über 70 Jahren angewendet wird, blieb der genaue Mechanismus des Simons-Prozesses bislang im Dunkeln. Bekannt war lediglich, dass sich während des Elektrolyseverfahrens auf der Nickel-Anode ein schwarzer Film bildet.

Um diesen Film genauer analysieren zu können, nutzte das interdisziplinäre Forscher*innenteam erstmals die Synchrotronquelle BESSY II am Helmholtz-Zentrum Berlin. Mithilfe einer eigens entwickelten Messzelle war es möglich, In-situ-Messungen an der Anode durchzuführen, wodurch sogar einzelne Atome während der Elektrofluorierung beobachtet werden konnten. Die Untersuchungen enthüllten, dass im Verlauf des Simons-Prozesses Zentren hochvalenter Nickel-Ionen in der schwarzen Schicht entstehen, die entscheidend für den Erfolg der Elektrofluorierung sind.

Diese bahnbrechende Entdeckung ermöglicht es, den Simons-Prozess gezielt zu verbessern und effizienter zu gestalten, was von großer Bedeutung für die chemische Industrie ist. Die Forschungen hierzu wurden im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Sonderforschungsbereichs „Fluor-Spezifische Wechselwirkungen“ durchgeführt.

Originalveröffentlichung

Gene Senges, Ana Guilherme Buzanich, Tilen Lindič, Tyler A. Gully, Marlon Winter, Martin Radtke, Bettina Röder, Simon Steinhauer, Beate Paulus, Franziska Emmerling, Sebastian Riedel; "Unravelling highly oxidized nickel centers in the anodic black film formed during the Simons process by in situ X-ray absorption near edge structure spectroscopy"; Chemical Science, Volume 15, 2024

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