PFAS (per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen) sind als „Ewigkeitschemikalien“ bekannt, weil sie extrem schwer abbaubar sind und sich in Wasser, Böden und Lebewesen anreichern. PFAS kann man nicht riechen oder schmecken und sie werden verdächtigt, Krebs zu verursachen, unfruchtbar zu machen und das Immunsystem zu schwächen. Durch ihre Beständigkeit kommen PFAS häufig in Alltagsprodukten wie Regenjacken, Kochgeschirr und Baustoffen zum Einsatz. Immer wieder werden in Deutschland Flächen mit hohen PFAS-Konzentrationen entdeckt.

Innovation aus der TU Berlin: Super-Lewis-Säuren wirken gegen PFAS

Forschende des Exzellenzclusters UniSysCat der TU Berlin haben erstmals Super-Lewis-Säuren entwickelt, die das Element Silizium und ein Halogenatom enthalten. Diese Verbindungen gehören zu den stärksten bisher hergestellten Lewis-Säuren und sind in der Lage, besonders stabile PFAS-Bindungen zu knacken. „Die Beständigkeit der PFAS steht in direktem Zusammenhang mit ihren stabilen Kohlenstoff–Fluor-Bindungen, die nur sehr schwer aufzubrechen sind. […] Um PFAS unschädlich machen zu können, benötigt man also einen Stoff, der sehr gerne Elektronenpaare aufnimmt“, erklärt Prof. Dr. Martin Oestreich, Inhaber einer Einstein-Professur an der TU Berlin und Leiter des Fachgebiets Organische Chemie/Synthese und Katalyse.

Chemisches Prinzip: „Irre Gier nach Elektronen“

Die Funktionsweise der neuen Super-Lewis-Säuren basiert auf dem siliziumatom und einem Halogen, meist einem Fluoratom. „Unsere Super-Lewis-Säuren enthalten neben zwei organischen Resten vor allem ein Siliziumatom, das zusätzlich ein Halogen, also etwa ein Fluoratom, trägt. Das führt zu einer irren Gier nach Elektronenpaaren“, sagt Oestreich. Der Elektronenmangel führe beim Silizium zu einem extremen Hunger nach Elektronenpaaren. Diese Eigenschaft macht die Verbindung zu einem perfekten Angreifer auf die stabilen Bindungen der PFAS.

Nachhaltige Anwendung: Katalysator-Prinzip im PFAS-Abbau

Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass die Super-Lewis-Säuren bei der Reaktion nicht verbraucht werden. Stattdessen können sie sich im Reaktionszyklus regenerieren und wieder als Katalysatoren eingesetzt werden. So wären keine großen Mengen an Reagenzien notwendig, sondern bereits kleinste Mengen könnten signifikante Mengen PFAS abbauen.

Technische Hürden und Forschungsergebnisse

Bis vor kurzem wurden diese Super-Lewis-Säuren mit Silizium und Halogenen nur theoretisch vorhergesagt. Denn ihre Herstellung ist alles andere als einfach. Im Jahr 2021 gelang den Wissenschaftler*innen an der TU Berlin ein Durchbruch, als sie erstmals das Verfahren der „Protolyse“ zur Erzeugung von Super-Lewis-Säuren anwandten, bei dem in einem Zyklus einzelne chemische Gruppen von einer Verbindung abgetrennt werden, um eine neue zu synthetisieren.

Die Herstellung stellte die Forschenden vor große Herausforderungen, da alle Experimente unter Schutzgasatmosphäre in einer „Handschuhbox“ erfolgen mussten. Mit Hilfe quantenmechanischer Berechnungen ließ sich erstmals die Säurestärke der Moleküle aus ihrer Struktur vorhersagen und experimentell verifizieren.

Wissenschaftliche Anerkennung und Zukunftsperspektiven

Die Ergebnisse wurden aktuell in der renommierten Fachzeitschrift Nature Chemistry veröffentlicht und gelten als Durchbruch für die Grüne Chemie sowie nachhaltige Wasserbehandlung. Weitere Informationen zur Studie sind unter https://www.nature.com/articles/s41557-025-01880-2 abrufbar.

Quelle: idw Online