Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) zeichnen sich durch eine hohe chemische Stabilität aus und werden in zahlreichen Industrie- und Konsumprodukten verwendet. Ihre Beständigkeit gegenüber Hitze, UV-Strahlung und Chemikalien führt jedoch dazu, dass sie in der Umwelt nur schwer abgebaut werden.

Forschende der Goethe-Universität haben einen Katalysator entwickelt, der die besonders starken Kohlenstoff-Fluor-Bindungen (C-F-Bindungen) spalten kann. Dieser soll ohne kostspielige oder giftige Schwermetalle wie Platin, Palladium oder Iridium auskommen und neben dem PFAS-Abbau auch für die Herstellung von Medikamenten genutzt werden.

PFAS – Langlebigkeit als Umweltproblem

Die sogenannte Ewigkeitschemikalie kommt unter anderem in Outdoor-Kleidung, Teppichen, Kochgeschirr, Schmiermitteln oder Feuerlöschmitteln zum Einsatz. Ihre wasser-, fett- und schmutzabweisenden Eigenschaften machen sie funktional vielseitig. Gleichzeitig führt ihre chemische Resistenz dazu, dass PFAS in Böden, Gewässern und Organismen nachweisbar sind. Einige Verbindungen stehen im Verdacht, gesundheitliche Risiken zu bergen.

Borbasierter Katalysator

Der Katalysator wurde von der Arbeitsgruppe um Prof. Matthias Wagner am Institut für Anorganische und Analytische Chemie entwickelt. Er basiert auf zwei Bor-Atomen, die in ein stabiles Kohlenstoffgerüst eingebettet sind. Dadurch ist er unempfindlich gegenüber Luft und Feuchtigkeit, was eine praktische Handhabung des Katalysators ermöglichen soll.

„Für die Spaltung der C-F-Bindungen benötigen wir Elektronen, die unser Katalysator besonders effizient überträgt. Als Quelle dieser Elektronen verwenden wir bislang noch Alkalimetalle wie Lithium. Wir arbeiten aber bereits daran, stattdessen elektrischen Strom als Elektronenquelle zu nutzen, was zu einem deutlich einfacheren und effizienteren Verfahren führen wird“, erläuterte Christoph Buch, Doktorand in der Arbeitsgruppe von Prof. Wagner und Erstautor der Studie.

Einsatzfelder

„Sehr viele pharmakologisch wichtige Substanzen enthalten Fluoratome, um die physiologische Stabilität zu erhöhen und die Wirkung zu optimieren. Auch die Aufnahme eines Wirkstoffs kann durch den gezielten Einbau von Fluoratomen verbessert werden. Mit dem Katalysator haben wir jetzt ein Werkzeug geschaffen, mit dem man sehr gezielt den Fluorierungsgrad solcher Substanzen steuern kann“, so Prof. Matthias Wagner.