穆瓦桑的化学老师埃德蒙·佛雷米早在19世纪70年代就已对离析元素氟产生了兴趣。在老师的影响和引导下，穆瓦桑逐渐步入了这一领域。
在这项研究过程中，化学家们受到氟和其他化合物的严重毒害，甚至有些化学家因此而丧生。穆瓦桑也为此吃尽了这种猛烈元素的苦头。在四十岁的时候，他不无伤感的说，氟已经使他的生命缩短了十年，但是他还是毅然决定承担起这个危险的任务。
经过一系列实验，他得出析出氟的唯一方案——电解氟化氢，穆瓦桑按照弗雷米的方法，在铂制的曲颈甑中蒸馏氟氢酸钾，来制取无水氟化氢。他用铂制的u形管作电解容器，用铂铱合金作电极，并用氯仿作冷却剂，把无水氟化氢冷却到-23℃，再进行电解。
实验方法的确巧妙，但实验的结果并不如人意。在实验中，阴极上有许多氢气生成，但在阳极上却没得到氟。经轨查，穆瓦桑发现装电极的塞子被腐蚀了，他推断生成的氟跟塞子反应了。以后穆瓦桑在寻找不跟氟发生反应的材料上花费了不少时间，最终找到了萤石。经过长时间的加工，萤石塞子终于做成了，许多年来化学家梦寐以求的理想终于达到了。
1886年6月26日，穆瓦桑在电解无水氟化氢时，收集到的氟跟水发生反应而生成臭氧，跟氯化钾反应时生成氯气。通过各种化学反应，穆瓦桑发现氟有惊人的活泼性。
穆瓦桑除了制出单质氟以外，还设计出了一种用电弧加热的特殊电炉，后人称它为穆瓦桑电炉。这种电炉被广泛用于加热难熔的氧化物，不仅还原出大量的金属（钼、钽、铌等），还制取出了很多的金属氮化物、硼化物和碳化物。他也因在这两方面的贡献而获得了1906年诺贝尔化学奖。但长期在有毒气体的环境下工作，他的身体受到了严重危害，1907年2月20日，年仅54岁的穆瓦桑在巴黎去世。
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