Schlüsselrolle von Nickel-Ionen im Simons-Prozess entdeckt
Ansammlungen von Nickel-Ionen bilden einen dunklen Film auf einer Anode. © BAM
Forscher*innen der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und der Freien Universität Berlin haben erstmals den genauen Mechanismus des Simons-Prozesses entschlüsselt. Das interdisziplinäre Forschungsteam nutzte dafür die Synchrotronquelle BESSY II am Helmholtz-Zentrum Berlin.
Der Simons-Prozess ist von großer Bedeutung für die Herstellung fluororganischer Verbindungen und wird u.a. in der Pharmazie, Agrochemie, Kunststoffherstellung und Elektronik angewandt. Das Verfahren ist benannt nach seinem Entdecker, dem amerikanischen Chemiker Joseph H. Simons, und 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 Forschungsteam 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 Entdeckung ermöglicht es, den Simons-Prozess gezielt zu verbessern und effizienter zu gestalten, was von großer Bedeutung für die chemische Industrie ist.
Quelle: Pressemitteilung der BAM
- Materialchemie gestaltet die Zukunft der KatalyseDie synthetische Materialchemie der Zukunft kann als Werkzeug dienen, um smarte und adaptive Elektrokatalysatoren zu entwickeln. Das Forschungsfeld entwickelt sich aktuell rasant, mit In-situ-Analytik, datengestützten Entdeckungen und autonomer Robotik. Diese neuen Ansätze könnten die Entdeckung langlebiger und effizienter Katalysatoren für die zukünftige Energieumwandlung und die Dekarbonisierung der chemischen Industrie beschleunigen. Einen Überblick bietet nun ein Beitrag aus dem Team des Katalyse-Experten Dr. Prashanth Menezes im renommierten Fachjournal Angewandte Chemie.
- Imaging-Ellipsometrie für die Prozesskontrolle in DünnschichtbauelementenEin deutsch-israelisches Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Andreas Furchner hat gezeigt, wie Imaging-Ellipsometrie die zerstörungsfreie Charakterisierung und Qualitätskontrolle mikrostrukturierter MXene-Dünnschichten während der Bauelementherstellung ermöglicht. Die Autoren nutzten zwei komplementäre ellipsometrische Ansätze für einen präzisen, skalenübergreifenden Zugang zu Materialeigenschaften. Die Arbeit etabliert Imaging-Ellipsometrie als leistungsfähige Methode zur Überwachung von Schichthomogenität, Bauelementintegrität und Funktionalität entlang des Herstellungsprozesses, einschließlich lithografischer Schritte. Die Studie wurde in Applied Physics Letters veröffentlicht und als „Editor’s Pick“ ausgewählt.
- BESSY II: Eingebauter Sauerstoff verkürzt die Lebensdauer von FeststoffbatterienFeststoffbatterien sind sicher und leistungstark, aber ihre Kapazität nimmt zurzeit noch rasch ab. Ein Team der TU Wien, der Humboldt-Universität zu Berlin und des HZB hat nun eine TiS₂|Li₃YCl₆-Halbzelle an BESSY II analysiert. Dafür nutzte das Team eine spezielle Probenumgebung, die eine zerstörungsfreie Untersuchung unter realen Betriebsbedingungen ermöglicht. Durch die Kombination von Weich- und Hart-Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS und HAXPES) konnte ein neuer Degradationsmechanismus identifiziert werden. Dabei spielte das Element Sauerstoff eine besondere Rolle. Die Studie liefert wertvolle Einblicke, um Design und Fertigung von Feststoffbatterien zu verbessern.