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.
- Neue Option, um Eigenschaften von Seltenerd-Elementen zu kontrollierenDie besonderen Eigenschaften von magnetischen Materialien aus der Gruppe der Seltenen Erden gehen auf Elektronen in der 4f-Schale zurück. Bislang galten die magnetischen Eigenschaften der 4f-Elektronen als kaum kontrollierbar. Nun hat ein Team von HZB, der Freien Universität Berlin und weiteren Einrichtungen erstmals gezeigt, dass durch Laserpulse 4f-Elektronen beeinflusst – und damit deren magnetische Eigenschaften verändert werden können. Die Entdeckung, die durch Experimente am EuXFEL und FLASH gelang, weist einen neuen Weg zu Datenspeichern mit Seltenen Erden.
- BESSY II zeigt, wie sich Feststoffbatterien zersetzenFeststoffbatterien können mehr Energie speichern und sind sicherer als Batterien mit flüssigen Elektrolyten. Allerdings halten sie nicht so lange und ihre Kapazität nimmt mit jedem Ladezyklus ab. Doch das muss nicht so bleiben: Forscherinnen und Forscher sind den Ursachen bereits auf der Spur. In der Fachzeitschrift ACS Energy Letters stellt ein Team des HZB und der Justus-Liebig-Universität Gießen eine neue Methode vor, um elektrochemische Reaktionen während des Betriebs einer Feststoffbatterie mit Photoelektronenspektroskopie an BESSY II genau zu verfolgen. Die Ergebnisse helfen, Batteriematerialien und -design zu verbessern.
- HZB-Magazin lichtblick - die neue Ausgabe ist da!Auf der Suche nach dem perfekten Katalysator bekommt HZB-Forscher Robert Seidel nun Rückenwind – durch einen hochkarätigen ERC Consolidator Grant. In der Titelgeschichte stellen wir vor, warum die Röntgenquelle BESSY II für sein Vorhaben eine wichtige Rolle spielt.