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PFAS: Supersäuren aus Silizium könnten „Ewigkeitschemikalien“ abbauen
Forschenden der TU Berlin ist es gelungen, eine neue Klasse extrem starker Lewis-Säuren auf Siliziumbasis herzustellen. Diese Verbindungen könnten künftig beim Abbau der gesundheitsschädlichen PFAS eine wichtige Rolle spielen.
Forschende des Exzellenzclusters UniSysCat an der TU Berlin haben erstmals sogenannte Super-Lewis-Säuren auf Siliziumbasis synthetisiert, die zusätzlich ein Halogenatom enthalten. Diese Substanzen zählen zu den stärksten bisher bekannten Lewis-Säuren und sind in der Lage, besonders stabile chemische Bindungen wie die Kohlenstoff-Fluor-Verbindungen in PFAS anzugreifen. Die Ergebnisse wurden in Nature Chemistry veröffentlicht.
Die neuen Verbindungen zeichnen sich dadurch aus, dass sie im Reaktionsprozess nicht verbraucht werden. Stattdessen können sie sich regenerieren und somit katalytisch wirken – ein entscheidender Vorteil für potenzielle Anwendungen in Recyclingprozessen und im Rahmen der Grünen Chemie.
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Elektronenhunger ermöglicht Angriff auf PFAS
Die Stabilität von PFAS beruht auf ihren besonders festen Kohlenstoff-Fluor-Bindungen. Um diese aufzubrechen, werden Elektronenakzeptoren mit hoher Bindungsaffinität benötigt. Genau hier setzen die neuen Super-Lewis-Säuren an: Durch die Kombination eines Siliziumatoms mit einem Halogenatom entsteht eine extrem hohe Elektronenaufnahmefähigkeit, die das Knacken dieser Bindungen ermöglicht.
Der Herstellungsprozess der Substanzen ist aufwendig. Alle Arbeiten mussten unter Schutzgasatmosphäre erfolgen, da weder Sauerstoff noch Wasser mit den Verbindungen in Kontakt kommen dürfen. Grundlage der Synthese war das Verfahren der Protolyse, das zuvor in der Kohlenstoffchemie erprobt wurde.
Quantenmechanische Berechnungen als Basis
Neben den experimentellen Arbeiten spielte auch die theoretische Chemie eine zentrale Rolle. Mit quantenmechanischen Berechnungen konnte die Säurestärke der Moleküle vorab aus ihrer Struktur abgeleitet werden. Diese Vorhersagen wurden anschließend experimentell bestätigt, unter anderem mithilfe von NMR-Spektroskopie.
Die Forschenden betonen das Potenzial dieser Entwicklung für den Abbau von PFAS in Umwelt und Industrie. Durch ihre katalytische Regenerierbarkeit könnten bereits geringe Mengen der neuen Supersäuren ausreichen, um große Mengen an Schadstoffen unschädlich zu machen.
Quelle: Oestreich, M. et al., Catalytic degradation of PFAS using silicon-based super-Lewis acids. Nat. Chem. (2025).
