Dank Laser und Plasma zu hochreaktiven Verbindungen

Forscher des MLZ und der Philipps-Universität Marburg haben als erste eine Methode entwickelt, die in einer Plasmaanlage mit zusätzlichem Laser-Heizsystem schwierig zugängliche Hexafluoride produziert.

Cover inorganic chemistry Die Arbeit von Tobias Chemnitz und Kollegen schaffte es auf die Titelseite der renommierten Fachzeitschrift Inorganic Chemistry. © Inorganic Chemistry, Björn Koch

Die Arbeit von Tobias Chemnitz und Kollegen schaffte es auf die Titelseite der renommierten Fachzeitschrift Inorganic Chemistry. © Inorganic Chemistry, Björn Koch

Hexafluoride sind eine Gruppe chemischer Verbindungen bestehend aus sechs Fluor-Atomen und einem weiteren, zentralen Atom. Chemiker können für dieses Zentralatom aus 16 Elementen auswählen, für die das jeweilige Hexafluorid dann stabil ist. Bestimmte Hexafluoride werden etwa in der Halbleiterindustrie oder auch in Schaltanlagen von Windkraftanlagen eingesetzt. Im Rahmen der aktuellen Studie arbeiteten die Forschenden mit Ruthenium, Rhodium und Platin als die Elemente des Zentralatoms.

Laserbasierte Herstellungstechnik
Die neue plasmachemische Herstellungsmethode fußt auf einer mit einem zusätzlichen Laser-Heizsystem verbesserten Version einer früheren Anlage. Dabei erhitzt der Laser das Trägermaterial punktuell auf eine Temperatur von bis zu 1200°C, während gleichzeitig die restliche Reaktionskammer durch ein Kühlsystem auf unter 100°C gehalten wird. Dies steht im deutlichen Gegensatz zu bisherigen Verfahren, bei denen die Synthese in speziellen Reaktionskammern bei hohen Temperaturen und Drücken stattfand, was sich aufgrund der damit einhergehenden Korrosion negativ auf die Lebensdauer der eingesetzten Komponenten auswirkte. Dabei ersetzt die neue Methode das bisher erforderliche elementare Fluor durch das weniger aggressive Stickstofftrifluorid (NF3), das sich erst in der Plasmaquelle in freies Fluor und Stickstoff aufspaltet.

Img 6229 bernhard ludewig frm ii tum Dr. Tobias Chemnitz ist Wissenschaftler am MLZ und dort verantwortlich für das Instrument MEDAPP. © Bernhard Ludewig, FRM II / TUM

Dr. Tobias Chemnitz ist Wissenschaftler am MLZ und dort verantwortlich für das Instrument MEDAPP. © Bernhard Ludewig, FRM II / TUM

„Die Produktionsanlage habe ich im Rahmen meiner Doktorarbeit in Marburg entwickelt. Sie war zunächst als Methode für die Erzeugung von Uran- und Molybdänhexafluorid ausgelegt“, berichtet Erstautor Dr. Tobias Chemnitz, Instrumentwissenschaftler am FRM II und MLZ. „Nachdem das leicht funktionierte, kam uns die Idee, damit auch die experimentell äußerst anspruchsvoll herzustellenden Hexafluoride der Platinmetalle zu synthetisieren.“

Publikation auf der Titelseite
Die Arbeit von Tobias Chemnitz und seinen Kollegen von der Philipps-Universität Marburg schaffte es sogar auf die Titelseite der renommierten Fachzeitschrift Inorganic Chemistry.

Anwendung in der Mülltrennung
„Obwohl es bisher keine technischen Anwendungen dieser Hexafluoride gibt, ist die plasmachemische Methode mit Lasern vergleichsweise komfortabel und liefert eine hohe Ausbeute“, sagt Prof. Florian Kraus, Leiter der Arbeitsgruppe Anorganische Chemie und Fluorchemie in Marburg. Die Chemie von Hexafluoriden ist bisher nicht sehr gut verstanden und die Erforschung wird durch die neue Methode einfacher. In der Zukunft könnten Hexafluoride helfen, Metallabfälle mit Platinmetallen chemisch zu trennen oder die Dekontamination von Oberflächen durchzuführen.