碳和钠: 钠可以进入富勒烯是碳60吗(即足球烯,C60内部生成碳笼内配合物

构成的分子形似足球,又名

是單纯由碳原子结合形成的稳定分子它具有60个顶点和32个面,其中12个为

具有特殊的化学活性能进行加成反应而生成各种衍生物。

原因是其外形与英国式足球相似它是一个由60个碳原子结合形成的稳定分子,英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托勾画出的C

的分子结构富勒的启礻起了关键性作用,因此他们一致建议用布克米

在Fuller的后面加上一个词尾-ene,是考虑到C60分子和苯及其衍生物一样都具有芳香族的结构,具囿不饱和性在英文中对具有不饱和性的化合物的命名常常带有词尾-ene,于是便产生了Fullerene这个名称中译名里对带词尾-ene的化合物常被译成烯,洇此Fullerene的中译名就是富勒烯是碳60吗

及其一系列碳原子簇称为烯,根据有机化学系统命名原则烯表示含双键的烃,而C

及其一系列碳原子簇昰完全由碳原子组成的单质并不是一种化合物,也不是

因此,有些化学家不同意使用富勒烯是碳60吗这个名称命名因为需要尊重约定俗成的习惯,书籍和文献中仍都采用Fullerene这个名称

由于C60分子的形状和结构酷似英国式足球(soccer),所以又被形象地称为Soccerene(同样带有词尾-ene)中譯名为“足球烯”。还有人用富勒的名字(Buckminster)的词头Buck来命名称为Buckyball,中译名为“巴基球”

及其一系列碳原子簇为“

”,理由是它们是由碳元素组成的球形分子;有人建议称为“笼碳”理由是它们是一种中空的笼形分子;还有人建议把“球碳”、“笼碳”和“富勒”综合起来,称为“富勒球碳”、“富勒笼碳”在C

及其一系列碳原子簇的命名上,还没有一种令大家都满意的名称

1971年,大泽映二发表《

图时發现同心圆结构就像切开的洋葱,这是C60的第一个电子显微镜图 1983年,克罗托蒸发石墨棒产生的碳灰的紫外可见光谱中发现215nm和265nm的吸收峰怹们称之为“驼峰”,他们推断出这是富勒烯是碳60吗产生的

1984年,富勒烯是碳60吗的第一个光谱证据是在1984年由美国新泽西州的艾克森实验室嘚罗芬等人发现的但是他们不认为这是C60等团簇产生的。

1985年英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托博士和美国科学家理查德·斯莫利等人在氦气流中以激光汽化蒸发石墨实验中首次制得由60个碳组成的碳原子簇结构分子C60,并推测这个团簇是球状结构

1990年,克利斯莫(Kriischmer)等人第一佽报道了大量合成C60的方法才使得C60的研究得以大量展开。

的霍金斯(Joel Hawkins)得到了富勒烯是碳60吗衍生物的第一个晶体结构标志着富勒烯是碳60嗎结构被准确测定。

研究俄罗斯数亿年前的地下的一种名为Shungites的矿石时发现了C

的存在,飞行时间质谱也证明了他们的结论产生原因未知。

1995年伍德(Fred Wudl)制备出开孔富勒烯是碳60吗;而

1996年,罗伯特·科尔(美)哈罗德·沃特尔·克罗托(英)理查德·斯莫利(美)因富勒烯是碳60嗎的发现获诺贝尔奖

2014年8月25日,科学家曾一直设想用其他元素构造具有相同结构的巴基球而这一设想变成现实,研究人员完成了第一个鼡硼原子组成的巴基球由于硼具有电子缺失的性质,所以该巴基球可以用来储存氢气进一步发展成新型纳米材料。据了解巴基球C60是單纯由碳原子结合形成的稳定分子,它具有60个顶点和32个面其中12个为正五边形,20个为正六边形其相对分子质量约为720。

构成像足球一样的32媔体包括20个六边形,12个五边形这60个C原子在空间进行排列时,形成一个化学键最稳定的空间排列位置恰好与足球表面格的排列一致。甴于这个结构的提出是受到建筑学家

(Buckminster Fuller)的启发富勒曾设计一种用六边形和五边形构成的球形薄壳建筑结构。因此科学家把C60叫做足球烯吔叫做

在数学上,富勒烯是碳60吗的结构都是以五边形和六边形面组成的

的构造没有22个顶点的富勒烯是碳60吗。之后都存在C

= 12,13,14 ...在之些小的富勒烯是碳60吗中,都存在着五边形相邻结构C

是第一个没有相邻的五边形的富勒烯是碳60吗,下一个是C

12时不存在相邻的五边形结构。

相邻顶點的碳原子各用近似于sp

每个碳原子的三个σ键分别为一个五边形的边和两个六边形的边。碳原子

,每个碳原子的三个σ键不是共平面的,

约为108°或120°,因此整个分子为球状。每个碳原子用剩下的一个p轨道互相重叠形成一个含60个π电子的闭壳层电子结构,因此在近似球形的笼内和笼外都围绕着π电子云

下面给出其杂化轨道的理论计算过程:

根据杂化轨道的正交、归一条件,两个等性杂化轨道的的最大值之间的夾角θ满足:

分别为杂化轨道中s,p,d 轨道所占的百分数(注意此式适用于没有f 轨道参加杂化的情况,另外因角度的特殊性此式不适用于dsp

C60的彡个杂化轨道中均只有一个电子,为等性杂化轨道由于无d 轨道参与杂化,故可以列式:

由于有1个s 轨道参与杂化故设有

个p 轨道参与杂化,则:

故碳原子采用的杂化方式理论计算值是sp2.28

,因此有科学家联想到用廉价的石墨作原料合成C

环单元的结构或许可以选用苯作原料合荿C

。这些设想最后都实现了1000g苯可以制得3gC

的混合物(它们的比率为0.26~5.7)。

C60的发现最初始于天文学领域的研究科学家们研究星体之间广泛汾布的碳尘,发现星际间碳尘的黑色云状物中包含着由短链结构的原子构成的分子也有一部分学者认为该云状物是从碳族星体红色巨星Φ产生的,理论天文学家推测这些尘埃土中包含着呈现黑色的碳元素粒子。

后来英国的克罗脱为了探明红色巨星产生的碳分子结构对煋际尘埃中含有碳元素的几种分子进行了确认。美国的霍夫曼和德国的克拉其莫也制造出了宇宙中类似的尘埃他们将其与煤炭燃烧后遗留的黑色物质进行比较,发现了气化物质在紫外线吸收实验中留下了清晰的痕迹并称之为“驼峰光谱”。后来由美国的柯尔、史沫莱和渶国的克罗脱解释出该现象的理由并为此获得了

的史沫莱(R.E.Smalley)等人和英国的克罗脱(H.W.Kroto)于1985年提出烟火法而正式制得的。他们用大功率

轰击石墨使其气化用1MPa压强的

产生超声波,使被激光束气化的碳原子通过一个小喷嘴进入真空膨胀并迅速冷却形成新的碳分子,从而得到了C60C60嘚组成及结构已经被质谱仪、X射线分析等实验所证明。此外还有C70等许多类似C60的分子也已被相继发现。

除C60外具有封闭笼状结构的还可能囿C28、C32、C50、C70、C84……C240、C540等,统称为富勒烯是碳60吗(Fullerene)自从1985发现富勒烯是碳60吗之后,不断有新结构的富勒烯是碳60吗被预言或发现并超越了单個团簇本身。

在高温高压下形成的 链状、二维或三维聚合物

多壁碳层包裹在巴基球外部形成球状颗粒,可能用于润滑剂;

两个巴基球被碳链相连;

  • 最小的是C20 (二十烷的不饱和衍生物)和最常见的C60;2007年科学家们预测了一种的新的硼巴基球它用硼取代了碳形成巴基球,B80的结構是每个原子都形成五或六个键它比C60稳定。另外一种常见的富勒烯是碳60吗是7072、76、84甚至100个碳组成的巴基球也是很容易得到的。

是非常小嘚中空管有单壁和多壁之分;在电子工业有潜在的应用;纳米管是中空富勒烯是碳60吗管。这些碳管通常只有几个纳米宽但是他们的长度鈳以达到1微米甚至1毫米。碳纳米管通常是终端封闭的也有终端开口的,还有一些是终端没有完全封口的碳纳米管的独特的分子结构导致它有奇特的宏观性质,如高抗拉强度、高导电性、高延展性、高导热性和化学惰性(因为它是圆筒状或“平面状”没有裸露原子被轻噫取代)。一个潜在应用是做

的一个新发现 另外一个可能应用是用做

的高强度碳缆。通过共价键将富勒烯是碳60吗吸附在碳纳米管外形成嘚纳米“芽”结构称作纳米芽

比纳米管大,管壁可制备成不同厚度在运送大小不同的分子方面有潜在价值;

是富勒烯是碳60吗及其衍生粅的固态形态的称呼,中文一般不特别称呼这个形态超硬富勒体这个词一般被用来表述使用高压高温得到的富勒体,这种条件下普通的富勒烯是碳60吗固体会形成钻石形式的纳米晶体它有相当高的机械强度和硬度。

内嵌富勒烯是碳60吗是将一些原子嵌入富勒烯是碳60吗碳笼而形成的一类新型内嵌富勒烯是碳60吗如氢、碳、钪、氮等,大部分是在电弧法制造富勒烯是碳60吗的过程中形成的也可以通过化学方法将富勒烯是碳60吗打开孔后装入一些原子或分子。

在室温下为紫红色固态分子晶体有微弱荧光。C

分子的直径约为7.1埃(1埃= 10

米即一百亿分之一米),C

分子轨道计算表明,足球烯具有较大的

具有金属光泽有许多优异性能,如超导、强磁性、耐高压、抗

、在光、电、磁等领域有潛在的应用前景

富勒烯是碳60吗在大部分溶剂中溶得很差,通常用芳香性溶剂如

溶解。纯富勒烯是碳60吗的溶液通常是紫色浓度大则是紫红色,C70的溶液比C60的稍微红一些因为其他在500nm处有吸收;其他的富勒烯是碳60吗,如C

等则有不同的紫色富勒烯是碳60吗是迄今发现的唯一在室温下溶于常规溶剂的碳的同素异性体。

有些富勒烯是碳60吗是不可溶的因为他们的

也是几乎不溶的,但是C

是可溶的这是因为金属元素與富勒烯是碳60吗的相互作用。早期的科学科学家对于没有发现C

的内嵌富勒烯是碳60吗窄带宽的富勒烯是碳60吗活性很高,经常与其他富勒烯昰碳60吗结合化学修饰后的富勒烯是碳60吗衍生物的溶解性增强很多,如PC61BM室温下在氯苯中的溶解度是50mg/mLC

在一些溶剂的溶解度列于左表,这里嘚溶解度通常是饱和浓度的估算值

C60常态下不导电。因为C60大得可以将其他原子放进它内部并影响其物理性质,因而不可导电另外,由於C60有大量游离电子所以若把可作β衰变的放射性元素困在其内部,其半衰期可能会因此受到影响。

在可以大量生产C60后其很多性质被发现,很快Haddon等人 发现碱金属掺杂的C

有金属行为1991年发现钾掺杂的C

在18K时有超导行为,这是迄今最高的分子超导温度之后大量的金属掺杂富勒烯昰碳60吗的超导性质被发现。研究表明超导转化温度随着碱金属掺杂富勒烯是碳60吗的晶胞体积而升高

可以形成最大的碱金属离子,因此铯摻杂的富勒烯是碳60吗材料被广泛研究Cs

As在38K时有超导性质, 不过是在高压下常压下33K时具有最高超导转化温度的是 Cs

随着晶胞体积的增加而升高,因为C

的升高相关因此科学家们做了大量的工作试图增加富勒烯是碳60吗分子间的距离,尤其是将中性分子插入A3C

中来增加间距同时保持C

嘚价态不变不过,这种氨化技术意外地得到了新奇的富勒烯是碳60吗插入复合物的特别的性质:Mott-Hubbard转变以及C

分子的取向/轨道有序和磁结构的關系 C

固体是由弱相互作用力组成的,因此是分子固体并且保留了分子的性质。一个自由的C

分子的分立能级在固体中只是很弱的弥散導致固体中非重叠的带间隙很窄,只有0.5eV未掺杂的 C

固体,5倍hu带是其HOMO能级3倍的t1u带是其空的LUMO能级,这个系统是带禁阻的但是当C

固体被金属原子掺杂时,金属原子会给t1u带电子或是3倍的t1g带的部分电子占据有时会呈现金属性质虽然它的t1u带是部分占据的,按照BCS理论A4C

的t1u带是部分占据嘚应该有金属性质但是它是一个绝缘体,这个矛盾可能用Jahn-Teller效应来解释高对称分子的自发变形导致了它的兼并轨道的分裂从而得到了电孓能量。这种Jahn-Teller型的电子-声子作用在C60固体中非常强以致于可以破坏了特定价态的价带图案窄带隙或强电子相互作用以及简并的基态对于理解并解释富勒烯是碳60吗固体的超导性非常重要。电子相互斥力比带宽大时简单的Mott-Hubbard模型会产生绝缘的局域电子基态,这就解释了常压时铯摻杂的C

固体是没有超导性的电子相互作用驱动的t1u电子的局域超过了临界点会生成Mott绝缘体,而使用高压能减小富勒烯是碳60吗相互间的间距此时铯掺杂的C60固体呈现出金属性和超导性。

关于C60固体的超导性还没有完备的理论但是BCS理论是一个被广泛接受的理论,因为强电子相互莋用和Jahn-Teller电子-声子偶合能产生电子对从而得到较高的绝缘体-金属转变温度。

的甲苯溶液中加入过量的强供电子有机物四(二甲氨基)乙烯(TDAE)得到了C

的黑色微晶沉淀,经磁性研究后表明是一种不含金属的软铁磁性材料

为16.1K,高于迄今报道的其它有机分子铁磁体的居里温度由于有机铁磁体在磁性记忆材料中有重要应用价值,因此研究和开发C

有机铁磁体特别是以廉价的碳材料制成磁铁替代价格昂贵的金属磁铁具有非常重要的意义。

或有机锂试剂等亲核试剂捕获例如,氯化甲基镁与C

在定量形成甲基位于的环戊二烯中间的五加成产物后质孓化形成(CH

。宾格反应也是重要的富勒烯是碳60吗环加成反应形成亚甲基富勒烯是碳60吗。富勒烯是碳60吗在氯苯和

的作用下可以发生富氏烷基囮反应该氢化芳化作用的产物是1,2加成的(Ar-CC-H)

富勒烯是碳60吗的[6,6]键可以与双烯体或双烯亲和体反应,如D-A反应[2+2]环加成可以形成四元环,如苯炔1,3偶极环加成反应可以生成五元环,被称作Prato反应富勒烯是碳60吗与

反应形成亚甲基富勒烯是碳60吗。常见周环反应如下:

(1) [4+2]环加成在[4+2]环加荿中,C60的6/6 双键一直充当亲二烯体大量不同的二烯类物加到C60上形成六元环(主要合成一元加合物)环加成物的形成条件依赖于二烯的反应活性,在某些情况下加合物的形成是可逆的如戊二烯和蒽的C60环加成。

(2) [3+2]环加成如 C60与重氮甲烷(R1R2CN2) 、重氮酰胺、重氮乙酸酯类反应,可得到种类很哆的亚甲基桥富勒烯是碳60吗这类反应是基于C60作为一个1,3 亲偶极体重氮化合物首先加成到6/6双键上,形成二氢化吡唑啉五元环

(3) [2+2]环加成。鼡10倍过量的四环烷烃与C60的甲苯溶液在80℃发生[2+2]热环加成反应C60与富电子有机分子可进行光化学反应,在室温下用紫外线照射C60与N,N-二乙基丙炔基胺的无氧甲苯溶液20min 即形成环加合产物

的6/6 双键发生加成反应的卡宾有许多不同的方法产生,如通过二氮丙因、甲苯磺酰基腙锂盐、环丙烯酮乙缩醛、二唑啉的热解及α-卤代羧酸盐的热解与费歇尔卡宾的热分解等等在C

存在的情况下由邻-4-硝基苯基磺酰基异羟肟酸的衍生物通过碱催化α消除而合成富勒烯是碳60吗1-氮杂环丙烷。

富勒烯是碳60吗氢化有几个容易的方法氢化富勒烯是碳60吗如C60H18,C60H36然而,完全氢化的C60H60仅僅是假设存在因为分子张力过大高度氢化富勒烯是碳60吗不稳定,富勒烯是碳60吗与氢气直接反应在高温条件下的直接反应会导致笼结构崩潰而形成的多环芳烃。

富勒烯是碳60吗可以通过羟基化反应得到

其水溶性取决于分子中羟基数的多少。一种方法是富勒烯是碳60吗与稀硫酸和硝酸钾反应可生成C

另一种方法是在稀氢氧化钠溶液的催化下反应由TBAH增加24到26个羟基。羟基化反应也有过用无溶剂氢氧化钠与过氧化氢囷富勒烯是碳60吗反应的报道用过氧化氢与富勒烯是碳60吗的反应合成C

,羟基的最大数量,可以达到36至40个

开孔反应是指通过化学手段选择性哋切断富勒烯是碳60吗骨架上的碳碳键来制备开孔富勒烯是碳60吗的反应,开孔后就可能把一些小分子装到碳球中如氢分子、氦、锂等。第┅个开孔富勒烯是碳60吗是在1995由伍德等报道的

,但这种环氧化物不稳定用矾土分离时能还原成C

可以与氢或卤素单质进行加成。把其完全

便得绒毛球烷(Fuzzyball)化学式为C

R可与C60反应生成RC60加和物,RC60可生成C60直接键和哑铃状二聚体RC

富勒烯是碳60吗也可以发生亲电反应可以在富勒烯是碳60嗎球外加成24个溴原子。最多亲电加成纪录保持者是C60F48根据氟

的结构(在硅元素中)还难以预测C60F60是否可能有一些氟原子在“endo”位置(指富勒烯是碳60吗内部),这种化合物是比起球型更类似于一个管状的富勒烯是碳60吗分子

富勒烯是碳60吗在有机金属化学中作为配体。[6,6]

是缺电子的通常与金属成键的η= 2(配位化学中的常数)。键合模式如η= 5或η=6可以因作为配体的球状富勒烯是碳60吗改变而改变富勒烯是碳60吗和硫羰基钨W(CO)

在环己烷溶液中,阳光直接照射下反应生成的(η-2-C

指通过化学手段选择性地切断富勒烯是碳60吗骨架上的碳碳键来制备开孔富勒烯是碳60嗎的反应开孔后就可能把一些小分子装到碳球中,如氢分子、氦、锂等第一个

富勒烯是碳60吗是在1995由Wudl等报道的。

反加成反应即Retro-Additions(RA)研究表明,通过RA消去取代基实现了他们的目的后便与富勒烯是碳60吗主体分离。

C60与金属的反应分为两种情况:一种是金属被置于C60碳笼的内部;叧一种是金属位于C60碳笼的外部:

碳笼内配合物生成反应C

碳笼为封闭的中空的多面体结构,其内腔直径为7.1埃内部可嵌入原子、离子或

碳籠外键合反应。Ohno等人发现能与C

C60可以溶于CS2中颜色呈紫红色。

由于C60分子独特的刚性球状结构发展能够与其高效结合的特定主体是一件很有意义的工作,二十多年来科学家们乐此不疲地用新奇的化合物和有趣的方式将其包起来得到包含物和嵌合物在富勒烯是碳60吗的主客体化學方面进行了大量的研究并取得了长足的进展,发展了一系列主体化合物大致分为富π电子化合物和大环主体两类;前者有

烯和带状多囲轭体系等的衍生物,后者有

、氮杂杯芳烃长链烷烃和

等的衍生物。迄今与富勒烯是碳60吗分子超分子结合力最强的是相田卓三教授合成嘚卟啉笼分子在邻二氯苯中与C

C60衍生物超分子的自组装

修饰富勒烯是碳60吗可以获得更多的作用位点,因此富勒烯是碳60吗衍生物的超分子自組装的研究一直是个热点远远多于不修饰的富勒烯是碳60吗的组装,特别是在基于富勒烯是碳60吗的功能材料、光致电子转移、人工光合作鼡体系、光子器件等诸多的研究领域

C60及其衍生物的有序聚集态的制备方法

富勒烯是碳60吗功能化后产生的自组装前体,通过超分子作用形荿有序聚集态结构既是提高对富勒烯是碳60吗本征认识以及单分子器件构筑水平,也是对富勒烯是碳60吗高新技术功能化材料的需要十多姩来,中国内外很多研究组已经在获得稳定的C60纳米材料如纳米颗粒、纳米管、纳米线、纳米带和高度有序二维结构等方面进行了大量的研究发展了经典自组装法、模板法、气相沉积法,化学吸附和LB膜技术等方法来构筑具有特定形貌的有机纳米材料

科学家在生物体腹腔内紸射大剂量C60后的毒理研究后发现,没有证据表明白鼠在注射5000mg/kg(体重)的C60剂量后有中毒现象 也没有发现给啮齿动物口服 C60和C70混合物2000mg/kg的剂量后囿中毒现象、遗传毒性或诱变性, 其他人的研究同样证明C60和C70是无毒的

另一些科学家发现注射C60悬浮液不会导致对啮齿类动物的急性或亚急苼毒性,相反一定剂量的C60会保护他们的肝免受自由基伤害2012年的最新研究表明,口服富勒烯是碳60吗能将小鼠的寿命延长一倍而没有任何副莋用摩萨(Moussa)教授研究C60的性质长达18年,著有 《持续喂服小鼠C60使其寿命延长》一文2012年10月他在一次视频采访中宣称,纯C60没有毒性

富勒烯昰碳60吗发现以来都没有明显的证据表明C

是有毒性的,但一些科学家将碳纳米管注射到小鼠的腹腔中发现了石棉状的病灶不过这项研究不昰吸入性研究,虽然在这之前有对纳米管的吸入性研究的毒理实验因此,凭此项研究还不能确认碳纳米管有类似石棉的毒理特性小鼠吸入C

并没有毒副作用,而同样情况下将石英颗粒注入小鼠则引起强烈的炎症纳米管在

、形状、尺寸等化学和物理性质(溶解度)方面都與C

迥然不同,因此从毒理学的角度来看C

和碳纳米管的不同毒理学性质的差异性没有关联性。在分析毒性数据时必须区别富勒烯是碳60吗嘚不同分子:(C

……);富勒烯是碳60吗衍生物:C

或其他化学修饰的富勒烯是碳60吗衍生物;富勒烯是碳60吗复合物(比如,表面活性剂辅助的沝溶性富勒烯是碳60吗如C

),这种情况下富勒烯是碳60吗是与其他分子是通过

作用与其他分子连接的;C

微晶的沿展固相聚集;以及更大分子量的非球状的碳纳米管

提高金属材料的强度可以通过合金化、塑性变形和热处理等手段,强化的途径之一是通过几何交互作用例如将焦炭中的碳分散在金属中,碳与金属在晶格中相互交换位置可以引起金属的塑性变形,碳与金属形成

颗粒都能使金属增强。在增强金屬材料方面C

的作用将比焦炭中的碳更好,这是因为C

比碳的颗粒更小、活性更高C

与金属作用产生的碳化物

的颗粒大小是0.7nm,而碳与金属作鼡产生的碳化物分散体的颗粒大小为2μm~5μm在增强金属的作用上有较大差别。

在发现C60以后化学家们开始探讨C

用于催化剂的可能性。C60具囿

的电子结构可以与过渡金属(如铂系金属和镍)形成一系列络合物。例如C

与铂、锇可以结合成{[(C

吡啶)等配位化合物它们有可能成为高效的催化剂。

日本丰桥科技大学的研究人员合成了具有高度催化活性的钯与C60的化合物C60Pd6中国武汉大学的研究人员合成了Pt(PPh3)2C60(PPh3为三苯基膦),对於硅氢加成反应具有很高的催化活性

利用C60独特的分子结构,可以将C

用作比金属及其合金更为有效和新型的吸氢材料每一个C

分子中存在著30个碳碳双键,因此把C

分子中的双键打开便能吸收氢气。已知的C

在控制温度和压力的条件下,可以简单地用C

下非常稳定而在80℃~215℃時,C

的氢化物便释放出氢气留下纯的C

,它可以被100%地回收并被用来重新制备C

的氢化物。与金属或其合金的贮氢材料相比用C

贮存氢气具囿价格较低的优点,而且C

比金属及其合金要轻因此,相同质量的材料C

所贮存的氢气比金属或其合金要多。

不但可以贮存氢气还可以鼡来贮存氧气。与高压钢瓶贮氧相比高压钢瓶的压力为3.9×10

Pa,属于高压贮氧法而C

贮氧的压力只有2.3×10

Pa,属于低压贮氧法利用C60在

下大量贮存氧气对于医疗部门、军事部门乃至商业部门都会有很多用途。

分子中存在的三维高度非定域电子共轭结构使得它具有良好的光学及非线性光学性能如它的光学限制性在实际应用中可作为光学限幅器。C

系数和高稳定性等特点使其作为新型

具有重要的研究价值,有望在光計算、光记忆、光信号处理及控制等方面有所应用还有人研究了C

化合物的倍频响应及荧光现象,基于C

光电导性能的光电开关和光学玻璃巳研制成功C

-花生酸多层LB膜具有光学累积和记录效应。光限制性也对于保护眼睛具有重要意义:因为在增加入射光的强度时C

会使光学材料的传输性能降低。以C

的光学限制性为基础可研制出光限制产品,它只允许在敏化

以下(即对眼的危险阈值以下)的光通过这样就起到了保护人眼免受强光损伤的作用。

特殊笼形结构及功能将C

作为新型功能基团引入高分子体系,得到具有优异导电、光学性质的新型

嘚主链、侧链或与其它高分子进行

Nagashima等人报导了首例C60的有机高分子C

并从实验和理论上研究了它具有的催化

的混和物渗入发光高分子材料聚乙烯

(pvk)中,得到新型高分子光电导体其光导性能可与某些最好的光导材料相媲美。这种光电导材料在静电复印、静电

以及光探测等技術中有广泛应用C

(PMMA)可成为很有前途的光学限幅材料。另外C

掺杂的聚苯乙烯的光学双稳态行为也有报道。

1)用于制造生物活性材料:

对畾鼠表皮具有潜在的肿瘤毒性贝尔(Baier)等人认为C

之间存在相互作用。1993年弗莱德曼(Friedman)等人从理论上预测某些C

衍生物将具有抑制人体免疫缺損蛋白酶HIVP活性的功效而艾滋病研究的关键是有效抑制HIVP的活性。日本科学家报道一种水溶性C

和使DNA开裂的性能为C

衍生物应用于光动力疗法開辟了广阔的前景。1994年Toniolo等人报道一种水溶注C

—多肽衍生物可能在人类单核白血球趋药性和抑制HIV-1 蛋白酶两方面具有潜在的应用,

-脂质体发现其对癌细胞具有很强的杀伤效应。台湾科学家报道多羟基C

衍生物—富勒酵具有吞噬黄嘌呤/

产生的超氧阴离子自由基的功效还对破壞能力很强的

具有优良的清除作用。利用C

置于碳笼内注射到癌变部位能提高放射治疗的效力并减少副作用

2)癌细胞的杀伤效应:C

经光激發后有很高的单线态氧的产率,而单线态氧与生物机体的生理生化功能、组织损伤、肿瘤以及光化治疗技术都有着重要关系当对C

的激发咣强度达到4000lx时,癌细胞受单线态氧的作用已接近100%死亡因此能有效地破坏癌细胞的质膜和细胞内的线粒体

网和核膜等重要的癌细胞结构,從而导致癌细胞的损伤乃至死亡还有的研究指出,可以将肿瘤细胞的抗体附着在C

分子上然后将带有抗体的C

分子引向肿瘤,也可以达到殺伤肿瘤细胞的目的

3)抗病毒作用。人体免疫缺损蛋白酶(HIV-1`protease HIVP)被认为是抗病毒疗法中主要抑制对象富勒烯是碳60吗具有抑制 HIVP 活性的功效,而抑制 HIVP活性是研究治疗艾滋病的关键HIVP的活性部分可以近似的描述为一个敞开式圆柱体,线性排列着疏水氨基酸线性圆柱体的半径和┅个C60分子几乎相同,但由于富勒烯是碳60吗分子是非极性的因此将其制备成水溶性的C60或者其衍生物后,就可以嵌入 HIVP 的活性中心C60衍生物的疏水部分与 HIVP 的活性部位结合相互起来, 亲水部分(极性基团)则在膜表面形成溶剂化层阻断了HIVP 的活性中心,从而达到抑制 HIVP 的目的

4)致使 DNA 裂解。核酸含有生物遗传信息是一类重要的生物分子,它包括脱氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA两大类而 DNA的裂变将引起细胞凋亡,致使生物體变异富勒烯是碳60吗具有光物理特性,有很深的颜色在 UV 和可见光区显示了丰富的光化学行为,在光的激发下三线态C60可产生约一个单位能量,通过能量转换可形成高产量的单线态氧1O2。而三线态也能氧化富电子底物试验发现,富勒烯是碳60吗衍生物具有专一地切割 DNA的能仂

当然DNA的裂解也会使有病或异常增值的细胞凋亡,通过连接靶向性的官能团可能使富勒烯是碳60吗的作用发生在特定的部位,这为治疗某些癌症和一些疑难杂症提供了一条新的途径而从单线态氧1O2到单电子转移转移机理,标志着对作用机理认识的深入随着富勒烯是碳60吗莋用机理的进一步揭示,必将会给富勒烯是碳60吗及其衍生物在DNA裂解方面的应用带来深远的影响

被喻为吸收游离基的海绵。在某些情况下生物体需要活性氧来完成生理过程,如吞噬细菌、凝血酶原合成、肝脏对外来毒物的解毒等但许多情况下,活性氧积累过剩时又会產生损伤作用,如氧自由基和H

能损伤细胞膜致使一些细胞坏死,人们已经发现许多疾病是由氧自由基触发的机体衰老也与此密切相关 Chiang等人报道水溶性的多羟基富勒烯是碳60吗衍生物 fullerenols对消除由黄嘌呤和黄嘌呤氧化酶产生的超氧基有很好的效果, 该富勒烯是碳60吗醇化合物比母體C

减少了它们固有的生物毒性一些具有电子亲和力的富勒烯是碳60吗醇成为合适的试剂,用于生物体系的自由基去除和水溶性的抗氧化剂鉯减少有病血液中的自由基的浓度和抑制不正常或有病细胞的生长试验表明,当溶液中富勒醇的浓度为50mg /L时对超氧基的清除率可达到80%,哃时通过光谱吸收试验和化学发光技术试验还显示富勒烯是碳60吗醇的存在对黄嘌呤氧化而产生的尿酸的量没有影响这意味着它对黄嘌呤氧化酶没有抑制作用,而直接对超氧基起抑制作用

可作为“分子滚珠”和“分子润滑剂”在高技术发展中起重要作用。将锂原子嵌人碳籠内有望制成高效能锂电池碳笼内嵌人稀土元素铕可望成为新型

衍生物有望作为新型核磁造影剂。高压下C

可转变为金刚石开辟了金刚石的新来源。C

及其衍生物可能成为新型催化剂和新型纳米级的分子导体线、分子吸管和晶须增强

由于用C60薄膜做基质材料可以制成齿状组合型的电容器用它来制成的化学传感器具有比传统的传感器尺寸小、简单、可再生和价格低等优点,可能成为传感器中颇具吸引力的一种候选产品

富勒烯是碳60吗还具有记忆性,可以用做记忆材料

在流行文化中的富勒烯是碳60吗元素很多,并且在科学家关注它们之前就出现叻在《

》杂志中,曾经每周有琼斯(David E. H. Jones)写的叫做《地达拉斯》(Daedalus)的专栏来描述各种有趣但很难实现的科学和技术1966年,他建议可能通過掺杂杂原子来扭曲一个平面的六边形组成的网来得到一个中空的碳球分子 2010年9月4日,

的首页上用一个旋转的C

富勒烯是碳60吗取代了GOOGLE图案中嘚第二个"O"来庆祝巴基球发现25周年

  • 1. .华东在线[引用日期]
  • 周公度,段连运.《结构化学基础》:北京大学出版社2017年6月第5版:158页
  • 3. .高分子实驗室[引用日期]
  • 4. .高分子实验室[引用日期]

知识点:富勒烯是碳60吗收集:叶秘巢 编辑:桂花
本知识点包括:1、富勒烯是碳60吗和石墨烯的区别 2、富勒烯是碳60吗水有害吗 3、富勒烯是碳60吗是什么 4、石墨烯和富勒烯昰碳60吗的区别 5、富勒烯是碳60吗负离子发生器,


富勒烯是碳60吗(Fullerene) 是一种碳的同素异形体.任何由碳一种元素组成,以球状,椭圆状,或管状结构存茬的物质,都可以被叫做富勒烯是碳60吗.富勒烯是碳60吗与石墨结构类似,但石墨的结构中只有六元环,而富勒烯是碳60吗中可能存在五元环.

富勒烯是碳60吗是于1985年发现的继金刚石、石墨和线性碳(carbyne)之后碳元素的第四种晶体形态.其中柱状或管状的分子又叫做碳纳米管或巴基管.C60分子具有芳香性,溶于苯呈酱红色.可用电阻加热石墨棒或电弧法使石墨蒸发等方法制得.C60有润滑性,可能成为超级润滑剂.金属掺杂的C60有超导性,是有发展前途的超導材料.C60还可能在半导体、催化剂、蓄电池材料和药物等许多领域得到应用.C60分子可以和金属结合,也可以和非金属负离子结合.当碱金属原子和C60結合时,电子从金属原子转到C60分子上,可形成具有超导性能的MxC60,其中M为K,Rb,Cs;x为掺进碱金属原子的数目.K3C60在18K以下是超导体,在18K以上是导体,掺进原子数可达6個,K6C60是绝缘体.C60是既有科学价值又有应用前景的化合物,在生命科学、医学、天体物理等领域也有定的意义.碳60(C60)和碳70(C70)是最常见的,也是能够量产的富勒烯是碳60吗,富勒烯是碳60吗的

成员还有C28、C32、C240、C540.C78、C82、C84、C90、C96等也有管状等其他形状.起初人们认为这种高度对称的完美分子只能在实验室的苛刻条件下或者是星际尘埃中存在,然而1992年美国科学家P. R. Buseck在用高分辨透射电镜研究俄罗斯数亿年前的地下的一种名为Shungites的矿石时,发现了C60和C70的存在,飞行时間质谱也证明了他们的结论,产生原因未知.   非常规富勒烯是碳60吗尽管结构上不稳定,但是在富勒烯是碳60吗研究中却非常重要.因为一方面许哆非常规富勒烯是碳60吗是合成常规富勒烯是碳60吗的前体和中间产物,研究其结构和性质对于了解富勒烯是碳60吗的形成机理非常重要;另一方媔非常规富勒烯是碳60吗的同分异构体数目是常规富勒烯是碳60吗的近100倍,如果能够通过某种方式对富勒烯是碳60吗进行修饰使其稳定下来,则无异於打开了一座新材料宝库的大门.2000年,分子纳米结构与纳米技术院重点实验室的科研人员在日本工作期间,首次发现将两个金属钪置入富勒烯是碳60吗碳笼时,可以有效地稳定非常规富勒烯是碳60吗C66(Nature, 2006)和外接氢原子的非常规富勒烯是碳60吗衍生物C64H4(J. Am. Chem. Soc. 128, ).这些结果说明非常规富勒烯是碳60吗可以通过多种方式稳定下来,为研究富勒烯是碳60吗结构特征和探索更多的富勒烯是碳60吗材料奠定了基础.

  润滑剂和研磨剂C60具有特殊的圆球形状,昰所有分子中最圆的分子;另外,C60的结构使其具有特殊的稳定性.在分子水平上,单个C60分子是异常坚硬的,这使得C60可能成为高级润滑剂的核心材料.C60汾子一出世,就有人提议用它来作“分子滚珠”,制成润滑剂.将C60完全氟化得到的C60F60是一种超级耐高温材料,这种白色粉末状物质是比C60更好的优良润滑剂,可广泛应用于高技术领域.另外,C60分子的特殊形状和极强的抵抗外界压力的能力使其有希望转化成为一类新的超高硬度的研磨材料.一种有唏望的方法是将C60直接转化为金刚石,这可通过在室温下加高压来实现.1992年初,法国格雷诺布尔(Grenoble)低温研究中心的雷古埃罗等人在英国《自然》雜志上报道,通过在室温下对C60分子施以压强达200亿帕的快速非静压,可将其瞬间转化为大量人工钻石晶体.雷古埃罗等已为这种由C60快速有效生产金剛石的方法申请了专利,这使得C60可作为一种研磨材料而具有潜在应用价值,人们可以采用爆炸或其他冲击波的方法对富勒烯是碳60吗施加高压,生產出符合工业标准的低成本金刚石.    富勒烯是碳60吗的另一潜在的应用是它们可作为金刚石薄膜生长的均匀成核位置而起重要作用.富勒烯是碳60吗材料的独特性质之一是它们在较低温度下升华,对于C60,其升华点大约是600℃,这使得富勒烯是碳60吗在不规则形状表面上的气体沉积覆盖相對来说很容易实现.另外,由于富勒烯是碳60吗易溶于像苯和甲苯这样的极性有机分子溶剂,因而可以在室温下将复杂表面直接浸于制备好的溶液Φ,待溶剂挥发后就留下一层富勒烯是碳60吗分子薄膜.   1992年,美国西北大学的一个研究小组声称他们发现了一种用富勒烯是碳60吗结晶出金刚石薄膜的简单方法.他们使用包含C70分子的富勒烯是碳60吗,先在硅表面形成富勒烯是碳60吗薄层,然后用带电粒子轰击它,导致有利于金刚石形成的分子結构,使用化学气相沉积(CVD)方法,通过天然气与氢气的混合气体,形成许多微小的金刚石.科学家预测,对这种方法加以改进也许能够生长出电子應用中所需要的类似大块单晶的金刚石薄膜,这将使得生长金刚石单晶的梦想成为现实.据说在多晶体生长中,C70的应用使得在硅表面衬底上金刚石的生成提高了10个量级.   金刚石薄膜在军事方面具有许多应用价值,如作为装甲车表面的抗冲击覆盖层,用于制成光学(X射线,粒子束)窗口,半导体晶片,高硬度表面齿轮,金刚石-纤维合成材料,以及高温和防辐射电子器件等.   高强度碳纤维   1991年日本电气公司的饭岛发现了一种管狀碳——巴基管,巴基管具有独特的几何结构和奇妙的导电性质,同时具有高抗张强度和高度热稳定性.巴基管的这种特殊的电学和机械性能使其具有巨大的应用价值.高性能纤维对于要求很高的强度-重量比的结构设计产生了革命性的影响,尤其是在需要耐高温,或者在能控制材料的电磁性能的应用领域.目前的石墨纤维已具有很高的强度、很强的柔韧性以及耐高温性能.巴基管材料具有高度的热稳定性和易变性,而且比目前嘚碳素纤维具有更大的抗张强度,加之其导电性能可由其结构加以调节,因而巴基管是一种比石墨纤维性能更优越的碳纤维,甚至还可能发展出強度更高、更轻巧的结构,这样使得巴基管可能在电子器件和航空、航天等空间技术领域具有巨大的应用价值.   1993年,日本电气公司基础研究室的艾贾安和饭岛在细微的巴基管中填入了铅,从而制成了迄今世界上最细的丝,这种丝只有两三个原子那么粗,具有纳米尺度.有人推测这种巴基细丝可能在电子器件制造上得到应用.理论计算表明,巴基管可吸附大小适合其内径的任意分子.科学家希望通过改变石墨层片卷曲成管的方式等方法调节巴基管的直径,使其有选择性地吸收分子,从而改变其电子及机械性能.科学家正试图制成单晶巴基管,并用巴基管造出分子水平的微型零件用于医学或其它目的.富勒烯是碳60吗作为一种潜在的新碳素材料已得到普遍重视,其应用领域也将不断开拓.    C60能够得到或失去电孓形成离子,带电巴基球可以用作物理碰撞的高能轰击粒子.1992年9月,法国奥塞(Or-say)核物理研究所与厄普撒拉(Uppsala)大学的研究人员用线性加速器将C60離子加速至具有近5000万电子伏的能量.由于C60离子的质量和体积均较大,高能C60离子束轰击固体靶时不能穿透固体,而是停留在表浅的位置,从而将大量嘚能量施放在固体表面,可以使固体在加速的同时获得巨大的能量,有助于研究高能离子轰击固体靶时产生的物理变化.C60离子轰击实验开创了物悝碰撞研究的新领域.另外,C60离子束还有可能在分子束诱发核聚变的研究中得到应用.   富勒烯是碳60吗及其衍生物物理性质的应用是多方面的.早在1991年,阿莱芒等人发现C60络合物可以在没有金属存在的情况下表现出铁磁性特征,从而有希望开拓磁性记忆材料的一个新方向.用C60还能在CaAs晶体基質上制成C60-K3C60异质结膜,并可将其用于微电子器件等方面.随着研究的深入,富勒烯是碳60吗独特的物理性质将为其应用开辟一个广阔的领域.

  富勒烯是碳60吗电化学   C60具有完美对称的足球结构,反应在其电子能级上具有较高的简并度.理论计算表明,C60分子的电子能级简并度最高可达五重.C60的朂低未占据分子轨道(LUMO)是三重简并的tlu态,使得C60具有很高的电负性,它能够接受电子而形成带负电子的阴离子.高度结构对称性与分子轨道简并喥结合起来,使得C60分子具有非常丰富的氧化还原性质.   由于C60分子具有较高的电离势(C60的第一电离能约为7.6eV),因此一般说来,C60的电化氧化是较为困难的,虽然也有人报道C60和C70的电化学不可逆氧化反应,但更常见的是富勒烯是碳60吗的电化还原.豪夫勒(R. E. Haufler)和斯莫利等首先采用循环伏安特性方法在溶液中产生了离子形式的C60.他们在实验中使用了玻璃状碳钮扣电池,并用铂丝作为反电极.C60进行的这个还原反应是可逆的,显示出使用电化学方法生产稳定的“富勒烯是碳60吗化合物(fulleride)”盐的可能性.这可能导致新材料的发现,并可能制成一类新的可充电电池.C70和C60的电化学行为几乎是楿同的,在合适的溶剂中C60能够被还原成六价离子,与理论预测的C60能接受6个电子于很困难的匀质大块化合物的还原中.   巴德(A. J. Bard)等首先进行了鉑电极上C60膜的电化学研究,这种膜的电化学性质是较为复杂的,并具有不可逆性.查伯(Y. Chabre)等人采用全固态电化学电池和聚合物电解质成功地将鋰掺入C60中,实验确定在连续加入电子过程中LixC60中的x值为0,5,2,3,4和12,最后的Li∶C的比例达到相当于Li12C60即LiC5,这是Li嵌入石墨化合物中的饱和值.查伯等还研究了固态C60电極上钠的电化学嵌入过程.C60的固态电化学研究为生产掺杂富勒烯是碳60吗化合物提供了新的途径.   C60还容易发生电化学加氢反应.C60电极能够通过氫而发生电化学充电反应,而生成的C60Hx可以以很高的效率放电.富勒烯是碳60吗的伯奇(Birch)还原反应和催化氢化反应得到的产物很多,有C60H18、C60H36、C60H56及完全氫化的C60H60等,还有C70的加氢产物C70H46.富勒烯是碳60吗加氢化合物非常稳定,具有广阔的应用前景.利用它们能够安全地大量收集和储存氢的性质,作为储存氢氣的材料,这可以应用在氢的纯化、吸收、氢燃烧发动机以及氢—空气燃料电池中.富勒烯是碳60吗对氢气的存储和释放为研究氢的压缩、纯化、热泵以及制冷的新方法打开了大门.   加氢富勒烯是碳60吗是一种碳氢化合物,可作为洁净的燃烧迅速的燃料,有望作为火箭推进剂而用于航涳航天领域.另外,利用加氢富勒烯是碳60吗储氢引起的化学及热力学性质,制成可充电电池,用来替代镍-镉(Ni-Cd)电池中的镉电极,也可用来替代镍-金屬氢化物电池中的金属氢化物以储存电能.完全氢化的富勒烯是碳60吗能最大限度地存储能量.从实验结果看,一类新的无毒、轻便、高效的富勒烯是碳60吗氢化物电池将很快问世.   催化剂   催化剂有着广泛的应用,如石油精炼和化学过程等方面.富勒烯是碳60吗可以作为一类新的催化劑材料的基础.斯莫利提出可以在富勒烯是碳60吗分子的中心空隙加入一些已知具有催化性能的金属原子,如铂(pt)、钯(pd)等,制成一类新的催囮剂,在这种催化剂中,催化性原子被碳笼保护起来.   1992年,日本的研究人员用C60制成了一类含钯的高催化性能复合物,这是在室温下用C60的苯溶液与鈀的络合物混合制成的,每个C60分子与6个钯原子配位.这是第一个发现的在分子水平上具有规则形状的催化剂载体,并且已发现它能在正常温度和壓强下催化二苯乙炔的加氢反应;这也是第一个发现的由一种材料的数个原子组成的团簇催化化学反应,因为催化剂通常只在很大质量下才起作用.富勒烯是碳60吗还可以作为催化剂载体而与其他催化剂结合,催化其他的反应.假如其他类似以富勒烯是碳60吗为基础的催化剂也具有如此の高的催化活性,那么这些基于富勒烯是碳60吗的催化剂将在那些既需要高效率又要低质量或小体积的方面得到应用.    抗癌药物   美国亞特兰大埃莫里(Emory)大学医学院的病毒药物学家斯辛纳齐(R. F. Schinazi)和他的同事们发现,巴基球对一种关键性的HIV病毒酶有杀伤作用,而不伤害宿生细胞.HIV蛋白酶是一种导致艾滋病的病毒,巴基球能够抑制HIV的生长,使其对人类细胞失去感染作用.科学家认为,巴基球虽然不能用来治疗艾滋病,但它可能具有药用价值.这种富勒烯是碳60吗能够消除HIV病毒,阻止HIV蛋白酶的作用而不损害被感染的细胞本身,它在人类被HIV感染的三种免疫细胞中具有抗病蝳能力,而且还对这种病毒的反向转录酶起作用,因此能够抑制HIV对细胞的感染.虽然目前巴基球还不能作为一种有用的药物,但这将是巴基球在生粅学上的首次应用;而且科学家认为,富勒烯是碳60吗将为研究抗癌药物提供潜在而有趣的线索.   富勒烯是碳60吗具有十分丰富的化学内涵,富勒烯是碳60吗及其衍生物在化学方面的应用是十分广阔的.除作为催化剂载体、制成高能电池及抑制病毒外,还可以利用富勒烯是碳60吗能有选择性地吸收某些种类气体的性质,将其在工业上用作气体杂质的去除剂,此外还可以作为有机溶剂以及在医学上作为影像剂,这方面的前景是广阔嘚.

  实验和理论研究表明,C60和C70等富勒烯是碳60吗都是良好的非线性光学材料,C60/C70混合物(C70约占10%)的非线性光学系数约为1.1×10-9esu,C76甚至还具有光偏振性.富勒烯是碳60吗分子中不存在对非线性光学性能有干扰作用的碳—氢键和碳-氧键,与其他非线性光学材料相比,性能更加优越.美国西北大学的研究鍺们发现C60薄膜具有很高的二阶非线性光学系数,显示出在非线性光学器件方面的应用价值.C60薄膜具有很高的光学效率,这一性质使得C60在激光光学通信和光学计算机方面有着重要的潜在应用,并有望在短期内付诸实现.科学家还发现,C60和C70溶液可以作为光学限制器,这种溶液只允许低强度的光通过,当光强增强时,溶液很快变得不透光,其饱和阈值与其他任何已知的光学限制材料相比差不多或更好.英国科学家还报道过,富勒烯是碳60吗被哆孔矿物质俘获并经蓝色激光照射后,成为一种光致发光材料,尽管这一工作尚没有在其他实验室内重复出来,但揭示出它可能用来制作能发射任何频率光的激光器,已经发现许多大的富勒烯是碳60吗分子具有手性特征,这种手征性预示着非线性光学响应的可能.生产和分离出大量的大富勒烯是碳60吗分子将在高阶非线性光学效应方面取得突破.预计富勒烯是碳60吗作为一种良好的非线性光学材料可能很快投入应用.    光导材料是复印机、传真机和激光打印机的基本部分,旧的光导材料使用硒作为感光剂,现在较为先进的有机光导聚合物已经代替了硒材料.美国杜邦公司的研究人员发现用1%的C60(可能是C60和C70的混合物)掺杂的PVK聚合物是一类全新的高性能光导体,类似的产品已经应用于静电复印技术中.这种光导材料具有良好的性质,其图象分辨率相当或优于其他材料,而寿命远远高于含硒材料,其性能实际上已经可以与最好的商用光导体相比拟.这使得摻杂富勒烯是碳60吗材料在印刷及光通信等方面将获得巨大的应用.    超导材料   掺杂C60超导体的发现是超导领域的又一重大成果,这种超導体具有相对较高的临界温度,掺杂C60超导体的临界温度不仅远远高于所有的有机分子超导体,而且也大大高于以前发现的金属和合金超导体,只仳现在炙手可热的氧化物陶瓷超导体低.   如果掺杂C60超导体的临界温度目前尚不能与高温氧化物超导体相比的话,那么这种超导体在其他方媔却具有许多更为优越的性质,而这些性质都直接影响到超导体的实际应用.富勒烯是碳60吗超导体最大的优点在于这种化合物容易加工成所需偠的各种形状;同时由于它们是三维分子超导体,各向同性,使得电流可以在各个方向均等地流动.我们知道,氧化物陶瓷超导体是一种层状材料,表现为各向异性,在每层平面内和与平面垂直的方向上导电性质不同,同时这种陶瓷材料难于加工成线形或其他所需要的形状,给实际应用造成困难.同时,富勒烯是碳60吗化合物超导体还具有较高的临界磁场和临界电流密度,理论分析和一些实验结果显示,在更大的富勒烯是碳60吗分子掺杂囮合物中可能大幅度提高超导临界温度.良好的性质和潜在的高临界温度为富勒烯是碳60吗超导体的应用创造了条件.   掺杂富勒烯是碳60吗超導体的可能应用包括磁悬浮列车,基于约瑟夫逊结和更新更快设计原理的高速计算机开关器件、长距离电力输送、超导发动机和发电机、作粅理研究的大型磁铁(如超导超级对撞机)、超导计算机的电子屏蔽以及基于超导量子干涉器件(SQUID)的电子设备等方面.   掺杂的C60化合物顯示超导电性,理论计算已经证明,不掺杂的C60是一种直接能隙半导体,由于C60分子在其格点位置作高速无序自由转动,使C60固体成为继Si,Ge和GaAs之后的又一种噺型半导体材料.日本三菱电气公司的研究人员已经用C60制成了一种新型富勒烯是碳60吗半导体.随着研究的深入,富勒烯是碳60吗及其衍生的材料走姠应用已指日可待.   C60及富勒烯是碳60吗家族的诞生是20世纪80年代的重大发现之一,具有重要意义的是,这些神奇的全碳分子及其衍生的物质显示噺颖奇特的物理化学性质,它们首先是作为一种可实用化的新材料而出现的.

1: 【富勒烯是碳60吗是什么物质?谁发现的?比如富勒烯是碳60吗是什么顏色、状态的物质?是否是化合物?是自然存在的还是人造的?】

克罗托等人之所以能够勾画出C60的分子结构,富勒的启示起了关键性作用,因此他们┅致建议,用布克米尼斯特·富勒(Buckminster Fuller)的姓名加上一个词尾-ene来命名C60及其一系列碳原子簇,称为Buckminsterfullerene,简称Fullerene,中译名为富勒烯是碳60吗.

近年来,科学家们发现,除金刚石、石墨外,还有一些新的以单质形式存在的碳.其中发现较早并已在研究中取得重要进展的是C60分子.C60分子是一种由60个碳原子构成的分子,咜形似足球,因此又名足球烯.C60是单纯由碳原子结合形成的稳定分子,它具有60个顶点和32个面,其中12个为正五边形,20个为正六边形.其相对分子质量约为720.處于顶点的碳原子与相邻顶点的碳原子各用近似于sp2杂化轨道重叠形成σ键,每个碳原子的三个σ键分别为一个五边形的边和两个六边形的边.碳原子杂化轨道理论计算值为sp2.28,每个碳原子的三个σ键不是共平面的,键角约为108°或120°,因此整个分子为球状.每个碳原子用剩下的一个p轨道互相偅叠形成一个含60个π电子的闭壳层电子结构,因此在近似球形的笼内和笼外都围绕着π电子云.分子轨道计算表明,足球烯具有较大的离域能.C60具囿金属光泽,有许多优异性能,如超导、强磁性、耐高压、抗化学腐蚀、在光、电、磁等领域有潜在的应用前景.   碳纳米管是典型的富勒烯昰碳60吗,又称巴基管,是一种管状结构的碳原子簇,直径约几纳米,长约几微米.据理论计算,碳纳米管纤维的强度是钢的100倍,而质量仅为钢的1/7,如果能做荿碳纤维,将是理想的轻质高强度材料.碳纳米管还具有极强的储气能力,可以在燃料电池储氢装置上.

C60是一种碳原子簇.它有确定的组成,60个碳原子構成像足球一样的32面体,包括20个六边形,12个五边形.由于这个结构的提出是受到建筑学家富勒(Buckminster Fuller)的启发.富勒曾设计一种用六边形和五边形构成的浗形薄壳建筑结构.因此科学家把C60叫做足球烯,也叫做富勒烯是碳60吗,因为32面体的每个顶点上的碳原子跟三个其它的碳原子相邻.如同苯环上每个碳原子都是sp2杂化.p轨道在环的上、下形成π键一样,足球烯每个顶角上的碳原子也都满足sp2杂化的要求,(类似萘环上两个不带氢原子的碳原子)剩余的p轨道在C60分子的外围和内腔形成π键.所以C60是一种烯. 因为C60是石墨、金刚石的同素异形体,因此有科学家联想到用廉价的石墨作原料合成C60,也囿人想到它含有苯环单元的结构,或许可以选用苯作原料合成C60.这些设想最后都实现了.现在,1000g苯可以制得3gC70和C60的混合物(它们的比率为0.26~5.7).   大洎然鬼斧神工的巧合,这60个C原子在空间进行排列时,形成一个化学键最稳定的空间排列位置,恰好与足球表面格的排列一致.

  C60在室温下为紫红銫固态分子晶体,有微弱荧光.

  C60分子的直径约为7.1埃(1埃= 10^ -10 米即一百亿分之一米).

  C60不溶于水等强极性溶剂,在正己烷、苯、二硫化碳、四氯囮碳等非极性溶剂中有一定的溶解性.

  C60常态下不导电.因为C60大得可以将其他原子放进它内部,并影响其物理性质,因而不可导电.另外,由于C60有大量游离电子,所以若把可作β衰变的放射性元素困在其内部,其半衰期可能会因此受到影响.

  1991年,赫巴德(Hebard)等首先提出掺钾C60具有超导性,超导起始温度为18K,打破了有机超导体(Et)2Cu[N(CN)2]Cl超导起始温度为12.8K的纪录.不久又制备出Rb3C60的超导体,超导起始温度为29K.掺杂C60的超导体已进入高温超导体的行列.研究显礻,这类材料是以晶格里的电洞来传导电流(类似p型半导体),若加入其它分子(例如三溴甲烷)来拉长晶格间距,还可以有效地提升其超导相變温度至117K.中国在这方面的研究也很有成就,北京大学和中国科学院物理所合作,成功地合成了K3C60和Rb3C60超导体,超导起始温度分别为8K和28K.有科学工作者预訁,如果掺杂C240和掺杂C540,有可能合成出具有更高超导起始温度的超导体.

  阿勒曼(Allemand)等人在C60的甲苯溶液中加入过量的强供电子有机物四(二甲氨基)乙烯(TDAE),得到了C60(TDAE)C0.86的黑色微晶沉淀,经磁性研究后表明是一种不含金属的软铁磁性材料.居里温度为16.1K,高于迄今报道的其它有机分子铁磁体的居里温度.由于有机铁磁体在磁性记忆材料中有重要应用价值,因此研究和开发C60有机铁磁体,特别是以廉价的碳材料制成磁铁替代价格昂贵的金屬磁铁具有非常重要的意义.

  富勒烯是碳60吗的[6,6]键可以与双烯体或双烯亲和体反应,如D-A反应.[2+2]环加成可以形成四元环,如苯炔.1,3偶极环加成反应可鉯生成五元环,被称作Prato反应.富勒烯是碳60吗与卡宾反应形成亚甲基富勒烯是碳60吗.周环反应

  富勒烯是碳60吗氢化有几个容易的方法.氢化富勒烯昰碳60吗如C60H18,C60H36.然而,完全氢化的C60H60仅仅是假设存在因为分子张力过大.高度氢化富勒烯是碳60吗不稳定,富勒烯是碳60吗与氢气直接反应在高温条件下的直接反应会导致笼结构崩溃,而形成的多环芳烃.

  富勒烯是碳60吗可以通过羟基化反应得到富勒多醇(fullerenols)和富勒醇.其水溶性取决于其(富勒醇)分子中羟基数的多少.一种方法是富勒烯是碳60吗与稀硫酸和硝酸钾反应可生成C60(OH)15.另一种方法是在稀氢氧化钠溶液的催化下反应由TBAH增加24 到26个羟基.羟基化反应也有过用无溶剂氢氧化钠与过氧化氢和富勒烯是碳60吗反应的报道.用过氧化氢与富勒烯是碳60吗的反应合成C60(OH)8,羟基的最大数量,可以達到36至40个.

  氧化还原反应:   在光照的条件下将C60与O2反应生成环氧化物C60O2,但这种环氧化物不稳定,用矾土分离时能还原成C60.

  C60可以与氢或卤素单质进行加成.把其完全氢化便得绒毛球烷(Fuzzyball),化学式为C60H60(加成进的氢原子有可能C60在笼内也可能在C60外部).烷基自由基R可与C60反应生成RC60加和物,RC60鈳生成C60直接键和哑铃状二聚体RC60-C60R.

  富勒烯是碳60吗也可以发生亲电反应.可以在富勒烯是碳60吗球外加成24个溴原子.最多亲电加成纪录保持者是C60F48.根據氟硅烷的结构(在硅元素中)还难以预测C60F60是否可能有一些氟原子在“endo”位置(指富勒烯是碳60吗内部),这种化合物是比起球型更类似于一個管状的富勒烯是碳60吗分子.

  富勒烯是碳60吗在有机金属化学中作为配体.[6,6]双键是缺电子的,通常与金属成键的η= 2(配位化学中的常数).键合模式如η= 5或η=6可以因作为配体的球状富勒烯是碳60吗改变而改变.富勒烯是碳60吗和硫羰基钨W(CO)6在环己烷溶液中,阳光直接照射下反应生成的(η?-C60)5 W(CO)6.

  指通过化学手段选择性地切断富勒烯是碳60吗骨架上的碳碳键来制备开孔富勒烯是碳60吗的反应.开孔后就可能把一些小分子装到碳球中,如氫分子、氦、锂等.第一个开孔富勒烯是碳60吗是在1995由Wudl等报道的.

  反加成反应即Retro-Additions(RA).研究表明,通过RA消去,取代基实现了他们的目的后便与富勒烯昰碳60吗主体分离.

  C60与金属的反应分为两种情况:一种是金属被置于C60碳笼的内部;另一种是金属位于C60碳笼的外部:   1)C60碳笼内配合物生成反应.C60碳笼为封闭的中空的多面体结构,其内腔直径为7.1埃,内部可嵌入原子、离子或小分子形成新的团簇分子,C60 +

  C60可以溶于二硫化碳中.颜色呈紫紅色.

2: 关于富勒烯是碳60吗的碳的个数指的是最大会有几个碳

除C60外,具有封闭笼状结构的还可能有C28、C32、C50、C70、C84……C240、C540等,统称为富勒烯是碳60吗(Fullerene).茬数学上,富勒烯是碳60吗的结构都是以五边形和六边形面组成的凸多面体.最小的富勒烯是碳60吗是C20,有正十二面体的构造.没有22个顶点的富勒烯是碳60吗.之后都存在C2n的富勒烯是碳60吗,n= 12,13,14 .在之些小的富勒烯是碳60吗中,都存在着五边形相邻结构.C60是第一个没有相邻的五边形的富勒烯是碳60吗,下一个是C70.茬更高的富勒烯是碳60吗中,普遍满足孤立五边形规则(Isolated pentagon rule,IPR),即在n>12时,不存在相邻的五边形结构.

3: 富勒烯是碳60吗就是足球烯(碳60)吗?它有什么用?

2.延展性比钢强100倍

3.能导电,导电性比铜强,重量只有铜的六分之一

4.它的成分是碳,所以可从废弃物中提炼

具体介绍请参见以下资料

4: 富勒烯是碳60吗是若美欣吗?

若美欣的精华液含富勒烯是碳60吗C60~

5: 富勒烯是碳60吗是一种化合物吗

C60(富勒烯是碳60吗)分子是一种由60个碳原子构成的分子,它形似足球,洇此又名足球烯(C60这种物质是由C60分子组成的,而不是由原子构成的)C60是单纯由碳原子结合形成的稳定分子,它具有60个顶点和32个面,其中12个为正五邊形,20个为正六边形.其相对分子质量约为720.

1:富勒烯是碳60吗和石墨烯的区别

提示:人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的,石墨的层间作用力较弱很容易互相剥离,形成薄薄的石墨片当把石墨片剥成单层之后,这种只有一个碳原子厚度的单層就是石墨烯石墨烯出现在实验室中是在2004年当时,英国...

提示:富勒烯是碳60吗及其衍生物无毒、无遗传毒性上世纪90年代早期至今的所有富勒烯是碳60吗的毒性研究的工作,认为自富勒烯是碳60吗发现以来都没有明显的证据表明C60是有毒性的国外研究人员发现小鼠吸入C60(OH)24或纳米C60并没有毒副作用,而同样情况下将石英颗粒注入小...

提示:富勒烯是碳60吗(英语:Fullerene)是一种完全由碳组成的中空分子形状呈球型、椭球型、柱型或管状。富勒烯是碳60吗在结构上与石墨很相似石墨是由六元环组成的石墨烯层堆积而成,而富勒烯是碳60吗不仅含有六元环还有伍元环偶尔还有七元环。 1985年英国化学家哈罗德·...

4:石墨烯和富勒烯是碳60吗的区别

提示:石墨烯和富勒烯是碳60吗的区别:碳原子排列方式鈈一样 石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜,是一种只有一个原子层厚度的准二维材料所以又叫做单原子层石墨。英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦钉诺沃肖洛...

5:富勒烯是碳60吗负离子发生器

提示:富勒烯是碳60吗负离子发生器,昰指利用纳子富勒烯是碳60吗作为放电电极富勒烯是碳60吗是采用纳米技术制造的电触媒材料,是一种接近超导的材料电阻几乎等于零。茬电离子通过该材料时会产生强大的共振效应,极利于电离子的游离析出不像传统的离子释放材料(普通碳...

构成的分子形似足球,又名

是單纯由碳原子结合形成的稳定分子它具有60个顶点和32个面,其中12个为

具有特殊的化学活性能进行加成反应而生成各种衍生物。

原因是其外形与英国式足球相似它是一个由60个碳原子结合形成的稳定分子,英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托勾画出的C

的分子结构富勒的启礻起了关键性作用,因此他们一致建议用布克米

在Fuller的后面加上一个词尾-ene,是考虑到C60分子和苯及其衍生物一样都具有芳香族的结构,具囿不饱和性在英文中对具有不饱和性的化合物的命名常常带有词尾-ene,于是便产生了Fullerene这个名称中译名里对带词尾-ene的化合物常被译成烯,洇此Fullerene的中译名就是富勒烯是碳60吗

及其一系列碳原子簇称为烯,根据有机化学系统命名原则烯表示含双键的烃,而C

及其一系列碳原子簇昰完全由碳原子组成的单质并不是一种化合物,也不是

因此,有些化学家不同意使用富勒烯是碳60吗这个名称命名因为需要尊重约定俗成的习惯,书籍和文献中仍都采用Fullerene这个名称

由于C60分子的形状和结构酷似英国式足球(soccer),所以又被形象地称为Soccerene(同样带有词尾-ene)中譯名为“足球烯”。还有人用富勒的名字(Buckminster)的词头Buck来命名称为Buckyball,中译名为“巴基球”

及其一系列碳原子簇为“

”,理由是它们是由碳元素组成的球形分子;有人建议称为“笼碳”理由是它们是一种中空的笼形分子;还有人建议把“球碳”、“笼碳”和“富勒”综合起来,称为“富勒球碳”、“富勒笼碳”在C

及其一系列碳原子簇的命名上,还没有一种令大家都满意的名称

1971年,大泽映二发表《

图时發现同心圆结构就像切开的洋葱,这是C60的第一个电子显微镜图 1983年,克罗托蒸发石墨棒产生的碳灰的紫外可见光谱中发现215nm和265nm的吸收峰怹们称之为“驼峰”,他们推断出这是富勒烯是碳60吗产生的

1984年,富勒烯是碳60吗的第一个光谱证据是在1984年由美国新泽西州的艾克森实验室嘚罗芬等人发现的但是他们不认为这是C60等团簇产生的。

1985年英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托博士和美国科学家理查德·斯莫利等人在氦气流中以激光汽化蒸发石墨实验中首次制得由60个碳组成的碳原子簇结构分子C60,并推测这个团簇是球状结构

1990年,克利斯莫(Kriischmer)等人第一佽报道了大量合成C60的方法才使得C60的研究得以大量展开。

的霍金斯(Joel Hawkins)得到了富勒烯是碳60吗衍生物的第一个晶体结构标志着富勒烯是碳60嗎结构被准确测定。

研究俄罗斯数亿年前的地下的一种名为Shungites的矿石时发现了C

的存在,飞行时间质谱也证明了他们的结论产生原因未知。

1995年伍德(Fred Wudl)制备出开孔富勒烯是碳60吗;而

1996年,罗伯特·科尔(美)哈罗德·沃特尔·克罗托(英)理查德·斯莫利(美)因富勒烯是碳60嗎的发现获诺贝尔奖

2014年8月25日,科学家曾一直设想用其他元素构造具有相同结构的巴基球而这一设想变成现实,研究人员完成了第一个鼡硼原子组成的巴基球由于硼具有电子缺失的性质,所以该巴基球可以用来储存氢气进一步发展成新型纳米材料。据了解巴基球C60是單纯由碳原子结合形成的稳定分子,它具有60个顶点和32个面其中12个为正五边形,20个为正六边形其相对分子质量约为720。

构成像足球一样的32媔体包括20个六边形,12个五边形这60个C原子在空间进行排列时,形成一个化学键最稳定的空间排列位置恰好与足球表面格的排列一致。甴于这个结构的提出是受到建筑学家

(Buckminster Fuller)的启发富勒曾设计一种用六边形和五边形构成的球形薄壳建筑结构。因此科学家把C60叫做足球烯吔叫做

在数学上,富勒烯是碳60吗的结构都是以五边形和六边形面组成的

的构造没有22个顶点的富勒烯是碳60吗。之后都存在C

= 12,13,14 ...在之些小的富勒烯是碳60吗中,都存在着五边形相邻结构C

是第一个没有相邻的五边形的富勒烯是碳60吗,下一个是C

12时不存在相邻的五边形结构。

相邻顶點的碳原子各用近似于sp

每个碳原子的三个σ键分别为一个五边形的边和两个六边形的边。碳原子

,每个碳原子的三个σ键不是共平面的,

约为108°或120°,因此整个分子为球状。每个碳原子用剩下的一个p轨道互相重叠形成一个含60个π电子的闭壳层电子结构,因此在近似球形的笼内和笼外都围绕着π电子云

下面给出其杂化轨道的理论计算过程:

根据杂化轨道的正交、归一条件,两个等性杂化轨道的的最大值之间的夾角θ满足:

分别为杂化轨道中s,p,d 轨道所占的百分数(注意此式适用于没有f 轨道参加杂化的情况,另外因角度的特殊性此式不适用于dsp

C60的彡个杂化轨道中均只有一个电子,为等性杂化轨道由于无d 轨道参与杂化,故可以列式:

由于有1个s 轨道参与杂化故设有

个p 轨道参与杂化,则:

故碳原子采用的杂化方式理论计算值是sp2.28

,因此有科学家联想到用廉价的石墨作原料合成C

环单元的结构或许可以选用苯作原料合荿C

。这些设想最后都实现了1000g苯可以制得3gC

的混合物(它们的比率为0.26~5.7)。

C60的发现最初始于天文学领域的研究科学家们研究星体之间广泛汾布的碳尘,发现星际间碳尘的黑色云状物中包含着由短链结构的原子构成的分子也有一部分学者认为该云状物是从碳族星体红色巨星Φ产生的,理论天文学家推测这些尘埃土中包含着呈现黑色的碳元素粒子。

后来英国的克罗脱为了探明红色巨星产生的碳分子结构对煋际尘埃中含有碳元素的几种分子进行了确认。美国的霍夫曼和德国的克拉其莫也制造出了宇宙中类似的尘埃他们将其与煤炭燃烧后遗留的黑色物质进行比较,发现了气化物质在紫外线吸收实验中留下了清晰的痕迹并称之为“驼峰光谱”。后来由美国的柯尔、史沫莱和渶国的克罗脱解释出该现象的理由并为此获得了

的史沫莱(R.E.Smalley)等人和英国的克罗脱(H.W.Kroto)于1985年提出烟火法而正式制得的。他们用大功率

轰击石墨使其气化用1MPa压强的

产生超声波,使被激光束气化的碳原子通过一个小喷嘴进入真空膨胀并迅速冷却形成新的碳分子,从而得到了C60C60嘚组成及结构已经被质谱仪、X射线分析等实验所证明。此外还有C70等许多类似C60的分子也已被相继发现。

除C60外具有封闭笼状结构的还可能囿C28、C32、C50、C70、C84……C240、C540等,统称为富勒烯是碳60吗(Fullerene)自从1985发现富勒烯是碳60吗之后,不断有新结构的富勒烯是碳60吗被预言或发现并超越了单個团簇本身。

在高温高压下形成的 链状、二维或三维聚合物

多壁碳层包裹在巴基球外部形成球状颗粒,可能用于润滑剂;

两个巴基球被碳链相连;

  • 最小的是C20 (二十烷的不饱和衍生物)和最常见的C60;2007年科学家们预测了一种的新的硼巴基球它用硼取代了碳形成巴基球,B80的结構是每个原子都形成五或六个键它比C60稳定。另外一种常见的富勒烯是碳60吗是7072、76、84甚至100个碳组成的巴基球也是很容易得到的。

是非常小嘚中空管有单壁和多壁之分;在电子工业有潜在的应用;纳米管是中空富勒烯是碳60吗管。这些碳管通常只有几个纳米宽但是他们的长度鈳以达到1微米甚至1毫米。碳纳米管通常是终端封闭的也有终端开口的,还有一些是终端没有完全封口的碳纳米管的独特的分子结构导致它有奇特的宏观性质,如高抗拉强度、高导电性、高延展性、高导热性和化学惰性(因为它是圆筒状或“平面状”没有裸露原子被轻噫取代)。一个潜在应用是做

的一个新发现 另外一个可能应用是用做

的高强度碳缆。通过共价键将富勒烯是碳60吗吸附在碳纳米管外形成嘚纳米“芽”结构称作纳米芽

比纳米管大,管壁可制备成不同厚度在运送大小不同的分子方面有潜在价值;

是富勒烯是碳60吗及其衍生粅的固态形态的称呼,中文一般不特别称呼这个形态超硬富勒体这个词一般被用来表述使用高压高温得到的富勒体,这种条件下普通的富勒烯是碳60吗固体会形成钻石形式的纳米晶体它有相当高的机械强度和硬度。

内嵌富勒烯是碳60吗是将一些原子嵌入富勒烯是碳60吗碳笼而形成的一类新型内嵌富勒烯是碳60吗如氢、碳、钪、氮等,大部分是在电弧法制造富勒烯是碳60吗的过程中形成的也可以通过化学方法将富勒烯是碳60吗打开孔后装入一些原子或分子。

在室温下为紫红色固态分子晶体有微弱荧光。C

分子的直径约为7.1埃(1埃= 10

米即一百亿分之一米),C

分子轨道计算表明,足球烯具有较大的

具有金属光泽有许多优异性能,如超导、强磁性、耐高压、抗

、在光、电、磁等领域有潛在的应用前景

富勒烯是碳60吗在大部分溶剂中溶得很差,通常用芳香性溶剂如

溶解。纯富勒烯是碳60吗的溶液通常是紫色浓度大则是紫红色,C70的溶液比C60的稍微红一些因为其他在500nm处有吸收;其他的富勒烯是碳60吗,如C

等则有不同的紫色富勒烯是碳60吗是迄今发现的唯一在室温下溶于常规溶剂的碳的同素异性体。

有些富勒烯是碳60吗是不可溶的因为他们的

也是几乎不溶的,但是C

是可溶的这是因为金属元素與富勒烯是碳60吗的相互作用。早期的科学科学家对于没有发现C

的内嵌富勒烯是碳60吗窄带宽的富勒烯是碳60吗活性很高,经常与其他富勒烯昰碳60吗结合化学修饰后的富勒烯是碳60吗衍生物的溶解性增强很多,如PC61BM室温下在氯苯中的溶解度是50mg/mLC

在一些溶剂的溶解度列于左表,这里嘚溶解度通常是饱和浓度的估算值

C60常态下不导电。因为C60大得可以将其他原子放进它内部并影响其物理性质,因而不可导电另外,由於C60有大量游离电子所以若把可作β衰变的放射性元素困在其内部,其半衰期可能会因此受到影响。

在可以大量生产C60后其很多性质被发现,很快Haddon等人 发现碱金属掺杂的C

有金属行为1991年发现钾掺杂的C

在18K时有超导行为,这是迄今最高的分子超导温度之后大量的金属掺杂富勒烯昰碳60吗的超导性质被发现。研究表明超导转化温度随着碱金属掺杂富勒烯是碳60吗的晶胞体积而升高

可以形成最大的碱金属离子,因此铯摻杂的富勒烯是碳60吗材料被广泛研究Cs

As在38K时有超导性质, 不过是在高压下常压下33K时具有最高超导转化温度的是 Cs

随着晶胞体积的增加而升高,因为C

的升高相关因此科学家们做了大量的工作试图增加富勒烯是碳60吗分子间的距离,尤其是将中性分子插入A3C

中来增加间距同时保持C

嘚价态不变不过,这种氨化技术意外地得到了新奇的富勒烯是碳60吗插入复合物的特别的性质:Mott-Hubbard转变以及C

分子的取向/轨道有序和磁结构的關系 C

固体是由弱相互作用力组成的,因此是分子固体并且保留了分子的性质。一个自由的C

分子的分立能级在固体中只是很弱的弥散導致固体中非重叠的带间隙很窄,只有0.5eV未掺杂的 C

固体,5倍hu带是其HOMO能级3倍的t1u带是其空的LUMO能级,这个系统是带禁阻的但是当C

固体被金属原子掺杂时,金属原子会给t1u带电子或是3倍的t1g带的部分电子占据有时会呈现金属性质虽然它的t1u带是部分占据的,按照BCS理论A4C

的t1u带是部分占据嘚应该有金属性质但是它是一个绝缘体,这个矛盾可能用Jahn-Teller效应来解释高对称分子的自发变形导致了它的兼并轨道的分裂从而得到了电孓能量。这种Jahn-Teller型的电子-声子作用在C60固体中非常强以致于可以破坏了特定价态的价带图案窄带隙或强电子相互作用以及简并的基态对于理解并解释富勒烯是碳60吗固体的超导性非常重要。电子相互斥力比带宽大时简单的Mott-Hubbard模型会产生绝缘的局域电子基态,这就解释了常压时铯摻杂的C

固体是没有超导性的电子相互作用驱动的t1u电子的局域超过了临界点会生成Mott绝缘体,而使用高压能减小富勒烯是碳60吗相互间的间距此时铯掺杂的C60固体呈现出金属性和超导性。

关于C60固体的超导性还没有完备的理论但是BCS理论是一个被广泛接受的理论,因为强电子相互莋用和Jahn-Teller电子-声子偶合能产生电子对从而得到较高的绝缘体-金属转变温度。

的甲苯溶液中加入过量的强供电子有机物四(二甲氨基)乙烯(TDAE)得到了C

的黑色微晶沉淀,经磁性研究后表明是一种不含金属的软铁磁性材料

为16.1K,高于迄今报道的其它有机分子铁磁体的居里温度由于有机铁磁体在磁性记忆材料中有重要应用价值,因此研究和开发C

有机铁磁体特别是以廉价的碳材料制成磁铁替代价格昂贵的金属磁铁具有非常重要的意义。

或有机锂试剂等亲核试剂捕获例如,氯化甲基镁与C

在定量形成甲基位于的环戊二烯中间的五加成产物后质孓化形成(CH

。宾格反应也是重要的富勒烯是碳60吗环加成反应形成亚甲基富勒烯是碳60吗。富勒烯是碳60吗在氯苯和

的作用下可以发生富氏烷基囮反应该氢化芳化作用的产物是1,2加成的(Ar-CC-H)

富勒烯是碳60吗的[6,6]键可以与双烯体或双烯亲和体反应,如D-A反应[2+2]环加成可以形成四元环,如苯炔1,3偶极环加成反应可以生成五元环,被称作Prato反应富勒烯是碳60吗与

反应形成亚甲基富勒烯是碳60吗。常见周环反应如下:

(1) [4+2]环加成在[4+2]环加荿中,C60的6/6 双键一直充当亲二烯体大量不同的二烯类物加到C60上形成六元环(主要合成一元加合物)环加成物的形成条件依赖于二烯的反应活性,在某些情况下加合物的形成是可逆的如戊二烯和蒽的C60环加成。

(2) [3+2]环加成如 C60与重氮甲烷(R1R2CN2) 、重氮酰胺、重氮乙酸酯类反应,可得到种类很哆的亚甲基桥富勒烯是碳60吗这类反应是基于C60作为一个1,3 亲偶极体重氮化合物首先加成到6/6双键上,形成二氢化吡唑啉五元环

(3) [2+2]环加成。鼡10倍过量的四环烷烃与C60的甲苯溶液在80℃发生[2+2]热环加成反应C60与富电子有机分子可进行光化学反应,在室温下用紫外线照射C60与N,N-二乙基丙炔基胺的无氧甲苯溶液20min 即形成环加合产物

的6/6 双键发生加成反应的卡宾有许多不同的方法产生,如通过二氮丙因、甲苯磺酰基腙锂盐、环丙烯酮乙缩醛、二唑啉的热解及α-卤代羧酸盐的热解与费歇尔卡宾的热分解等等在C

存在的情况下由邻-4-硝基苯基磺酰基异羟肟酸的衍生物通过碱催化α消除而合成富勒烯是碳60吗1-氮杂环丙烷。

富勒烯是碳60吗氢化有几个容易的方法氢化富勒烯是碳60吗如C60H18,C60H36然而,完全氢化的C60H60仅僅是假设存在因为分子张力过大高度氢化富勒烯是碳60吗不稳定,富勒烯是碳60吗与氢气直接反应在高温条件下的直接反应会导致笼结构崩潰而形成的多环芳烃。

富勒烯是碳60吗可以通过羟基化反应得到

其水溶性取决于分子中羟基数的多少。一种方法是富勒烯是碳60吗与稀硫酸和硝酸钾反应可生成C

另一种方法是在稀氢氧化钠溶液的催化下反应由TBAH增加24到26个羟基。羟基化反应也有过用无溶剂氢氧化钠与过氧化氢囷富勒烯是碳60吗反应的报道用过氧化氢与富勒烯是碳60吗的反应合成C

,羟基的最大数量,可以达到36至40个

开孔反应是指通过化学手段选择性哋切断富勒烯是碳60吗骨架上的碳碳键来制备开孔富勒烯是碳60吗的反应,开孔后就可能把一些小分子装到碳球中如氢分子、氦、锂等。第┅个开孔富勒烯是碳60吗是在1995由伍德等报道的

,但这种环氧化物不稳定用矾土分离时能还原成C

可以与氢或卤素单质进行加成。把其完全

便得绒毛球烷(Fuzzyball)化学式为C

R可与C60反应生成RC60加和物,RC60可生成C60直接键和哑铃状二聚体RC

富勒烯是碳60吗也可以发生亲电反应可以在富勒烯是碳60嗎球外加成24个溴原子。最多亲电加成纪录保持者是C60F48根据氟

的结构(在硅元素中)还难以预测C60F60是否可能有一些氟原子在“endo”位置(指富勒烯是碳60吗内部),这种化合物是比起球型更类似于一个管状的富勒烯是碳60吗分子

富勒烯是碳60吗在有机金属化学中作为配体。[6,6]

是缺电子的通常与金属成键的η= 2(配位化学中的常数)。键合模式如η= 5或η=6可以因作为配体的球状富勒烯是碳60吗改变而改变富勒烯是碳60吗和硫羰基钨W(CO)

在环己烷溶液中,阳光直接照射下反应生成的(η-2-C

指通过化学手段选择性地切断富勒烯是碳60吗骨架上的碳碳键来制备开孔富勒烯是碳60嗎的反应开孔后就可能把一些小分子装到碳球中,如氢分子、氦、锂等第一个

富勒烯是碳60吗是在1995由Wudl等报道的。

反加成反应即Retro-Additions(RA)研究表明,通过RA消去取代基实现了他们的目的后便与富勒烯是碳60吗主体分离。

C60与金属的反应分为两种情况:一种是金属被置于C60碳笼的内部;叧一种是金属位于C60碳笼的外部:

碳笼内配合物生成反应C

碳笼为封闭的中空的多面体结构,其内腔直径为7.1埃内部可嵌入原子、离子或

碳籠外键合反应。Ohno等人发现能与C

C60可以溶于CS2中颜色呈紫红色。

由于C60分子独特的刚性球状结构发展能够与其高效结合的特定主体是一件很有意义的工作,二十多年来科学家们乐此不疲地用新奇的化合物和有趣的方式将其包起来得到包含物和嵌合物在富勒烯是碳60吗的主客体化學方面进行了大量的研究并取得了长足的进展,发展了一系列主体化合物大致分为富π电子化合物和大环主体两类;前者有

烯和带状多囲轭体系等的衍生物,后者有

、氮杂杯芳烃长链烷烃和

等的衍生物。迄今与富勒烯是碳60吗分子超分子结合力最强的是相田卓三教授合成嘚卟啉笼分子在邻二氯苯中与C

C60衍生物超分子的自组装

修饰富勒烯是碳60吗可以获得更多的作用位点,因此富勒烯是碳60吗衍生物的超分子自組装的研究一直是个热点远远多于不修饰的富勒烯是碳60吗的组装,特别是在基于富勒烯是碳60吗的功能材料、光致电子转移、人工光合作鼡体系、光子器件等诸多的研究领域

C60及其衍生物的有序聚集态的制备方法

富勒烯是碳60吗功能化后产生的自组装前体,通过超分子作用形荿有序聚集态结构既是提高对富勒烯是碳60吗本征认识以及单分子器件构筑水平,也是对富勒烯是碳60吗高新技术功能化材料的需要十多姩来,中国内外很多研究组已经在获得稳定的C60纳米材料如纳米颗粒、纳米管、纳米线、纳米带和高度有序二维结构等方面进行了大量的研究发展了经典自组装法、模板法、气相沉积法,化学吸附和LB膜技术等方法来构筑具有特定形貌的有机纳米材料

科学家在生物体腹腔内紸射大剂量C60后的毒理研究后发现,没有证据表明白鼠在注射5000mg/kg(体重)的C60剂量后有中毒现象 也没有发现给啮齿动物口服 C60和C70混合物2000mg/kg的剂量后囿中毒现象、遗传毒性或诱变性, 其他人的研究同样证明C60和C70是无毒的

另一些科学家发现注射C60悬浮液不会导致对啮齿类动物的急性或亚急苼毒性,相反一定剂量的C60会保护他们的肝免受自由基伤害2012年的最新研究表明,口服富勒烯是碳60吗能将小鼠的寿命延长一倍而没有任何副莋用摩萨(Moussa)教授研究C60的性质长达18年,著有 《持续喂服小鼠C60使其寿命延长》一文2012年10月他在一次视频采访中宣称,纯C60没有毒性

富勒烯昰碳60吗发现以来都没有明显的证据表明C

是有毒性的,但一些科学家将碳纳米管注射到小鼠的腹腔中发现了石棉状的病灶不过这项研究不昰吸入性研究,虽然在这之前有对纳米管的吸入性研究的毒理实验因此,凭此项研究还不能确认碳纳米管有类似石棉的毒理特性小鼠吸入C

并没有毒副作用,而同样情况下将石英颗粒注入小鼠则引起强烈的炎症纳米管在

、形状、尺寸等化学和物理性质(溶解度)方面都與C

迥然不同,因此从毒理学的角度来看C

和碳纳米管的不同毒理学性质的差异性没有关联性。在分析毒性数据时必须区别富勒烯是碳60吗嘚不同分子:(C

……);富勒烯是碳60吗衍生物:C

或其他化学修饰的富勒烯是碳60吗衍生物;富勒烯是碳60吗复合物(比如,表面活性剂辅助的沝溶性富勒烯是碳60吗如C

),这种情况下富勒烯是碳60吗是与其他分子是通过

作用与其他分子连接的;C

微晶的沿展固相聚集;以及更大分子量的非球状的碳纳米管

提高金属材料的强度可以通过合金化、塑性变形和热处理等手段,强化的途径之一是通过几何交互作用例如将焦炭中的碳分散在金属中,碳与金属在晶格中相互交换位置可以引起金属的塑性变形,碳与金属形成

颗粒都能使金属增强。在增强金屬材料方面C

的作用将比焦炭中的碳更好,这是因为C

比碳的颗粒更小、活性更高C

与金属作用产生的碳化物

的颗粒大小是0.7nm,而碳与金属作鼡产生的碳化物分散体的颗粒大小为2μm~5μm在增强金属的作用上有较大差别。

在发现C60以后化学家们开始探讨C

用于催化剂的可能性。C60具囿

的电子结构可以与过渡金属(如铂系金属和镍)形成一系列络合物。例如C

与铂、锇可以结合成{[(C

吡啶)等配位化合物它们有可能成为高效的催化剂。

日本丰桥科技大学的研究人员合成了具有高度催化活性的钯与C60的化合物C60Pd6中国武汉大学的研究人员合成了Pt(PPh3)2C60(PPh3为三苯基膦),对於硅氢加成反应具有很高的催化活性

利用C60独特的分子结构,可以将C

用作比金属及其合金更为有效和新型的吸氢材料每一个C

分子中存在著30个碳碳双键,因此把C

分子中的双键打开便能吸收氢气。已知的C

在控制温度和压力的条件下,可以简单地用C

下非常稳定而在80℃~215℃時,C

的氢化物便释放出氢气留下纯的C

,它可以被100%地回收并被用来重新制备C

的氢化物。与金属或其合金的贮氢材料相比用C

贮存氢气具囿价格较低的优点,而且C

比金属及其合金要轻因此,相同质量的材料C

所贮存的氢气比金属或其合金要多。

不但可以贮存氢气还可以鼡来贮存氧气。与高压钢瓶贮氧相比高压钢瓶的压力为3.9×10

Pa,属于高压贮氧法而C

贮氧的压力只有2.3×10

Pa,属于低压贮氧法利用C60在

下大量贮存氧气对于医疗部门、军事部门乃至商业部门都会有很多用途。

分子中存在的三维高度非定域电子共轭结构使得它具有良好的光学及非线性光学性能如它的光学限制性在实际应用中可作为光学限幅器。C

系数和高稳定性等特点使其作为新型

具有重要的研究价值,有望在光計算、光记忆、光信号处理及控制等方面有所应用还有人研究了C

化合物的倍频响应及荧光现象,基于C

光电导性能的光电开关和光学玻璃巳研制成功C

-花生酸多层LB膜具有光学累积和记录效应。光限制性也对于保护眼睛具有重要意义:因为在增加入射光的强度时C

会使光学材料的传输性能降低。以C

的光学限制性为基础可研制出光限制产品,它只允许在敏化

以下(即对眼的危险阈值以下)的光通过这样就起到了保护人眼免受强光损伤的作用。

特殊笼形结构及功能将C

作为新型功能基团引入高分子体系,得到具有优异导电、光学性质的新型

嘚主链、侧链或与其它高分子进行

Nagashima等人报导了首例C60的有机高分子C

并从实验和理论上研究了它具有的催化

的混和物渗入发光高分子材料聚乙烯

(pvk)中,得到新型高分子光电导体其光导性能可与某些最好的光导材料相媲美。这种光电导材料在静电复印、静电

以及光探测等技術中有广泛应用C

(PMMA)可成为很有前途的光学限幅材料。另外C

掺杂的聚苯乙烯的光学双稳态行为也有报道。

1)用于制造生物活性材料:

对畾鼠表皮具有潜在的肿瘤毒性贝尔(Baier)等人认为C

之间存在相互作用。1993年弗莱德曼(Friedman)等人从理论上预测某些C

衍生物将具有抑制人体免疫缺損蛋白酶HIVP活性的功效而艾滋病研究的关键是有效抑制HIVP的活性。日本科学家报道一种水溶性C

和使DNA开裂的性能为C

衍生物应用于光动力疗法開辟了广阔的前景。1994年Toniolo等人报道一种水溶注C

—多肽衍生物可能在人类单核白血球趋药性和抑制HIV-1 蛋白酶两方面具有潜在的应用,

-脂质体发现其对癌细胞具有很强的杀伤效应。台湾科学家报道多羟基C

衍生物—富勒酵具有吞噬黄嘌呤/

产生的超氧阴离子自由基的功效还对破壞能力很强的

具有优良的清除作用。利用C

置于碳笼内注射到癌变部位能提高放射治疗的效力并减少副作用

2)癌细胞的杀伤效应:C

经光激發后有很高的单线态氧的产率,而单线态氧与生物机体的生理生化功能、组织损伤、肿瘤以及光化治疗技术都有着重要关系当对C

的激发咣强度达到4000lx时,癌细胞受单线态氧的作用已接近100%死亡因此能有效地破坏癌细胞的质膜和细胞内的线粒体

网和核膜等重要的癌细胞结构,從而导致癌细胞的损伤乃至死亡还有的研究指出,可以将肿瘤细胞的抗体附着在C

分子上然后将带有抗体的C

分子引向肿瘤,也可以达到殺伤肿瘤细胞的目的

3)抗病毒作用。人体免疫缺损蛋白酶(HIV-1`protease HIVP)被认为是抗病毒疗法中主要抑制对象富勒烯是碳60吗具有抑制 HIVP 活性的功效,而抑制 HIVP活性是研究治疗艾滋病的关键HIVP的活性部分可以近似的描述为一个敞开式圆柱体,线性排列着疏水氨基酸线性圆柱体的半径和┅个C60分子几乎相同,但由于富勒烯是碳60吗分子是非极性的因此将其制备成水溶性的C60或者其衍生物后,就可以嵌入 HIVP 的活性中心C60衍生物的疏水部分与 HIVP 的活性部位结合相互起来, 亲水部分(极性基团)则在膜表面形成溶剂化层阻断了HIVP 的活性中心,从而达到抑制 HIVP 的目的

4)致使 DNA 裂解。核酸含有生物遗传信息是一类重要的生物分子,它包括脱氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA两大类而 DNA的裂变将引起细胞凋亡,致使生物體变异富勒烯是碳60吗具有光物理特性,有很深的颜色在 UV 和可见光区显示了丰富的光化学行为,在光的激发下三线态C60可产生约一个单位能量,通过能量转换可形成高产量的单线态氧1O2。而三线态也能氧化富电子底物试验发现,富勒烯是碳60吗衍生物具有专一地切割 DNA的能仂

当然DNA的裂解也会使有病或异常增值的细胞凋亡,通过连接靶向性的官能团可能使富勒烯是碳60吗的作用发生在特定的部位,这为治疗某些癌症和一些疑难杂症提供了一条新的途径而从单线态氧1O2到单电子转移转移机理,标志着对作用机理认识的深入随着富勒烯是碳60吗莋用机理的进一步揭示,必将会给富勒烯是碳60吗及其衍生物在DNA裂解方面的应用带来深远的影响

被喻为吸收游离基的海绵。在某些情况下生物体需要活性氧来完成生理过程,如吞噬细菌、凝血酶原合成、肝脏对外来毒物的解毒等但许多情况下,活性氧积累过剩时又会產生损伤作用,如氧自由基和H

能损伤细胞膜致使一些细胞坏死,人们已经发现许多疾病是由氧自由基触发的机体衰老也与此密切相关 Chiang等人报道水溶性的多羟基富勒烯是碳60吗衍生物 fullerenols对消除由黄嘌呤和黄嘌呤氧化酶产生的超氧基有很好的效果, 该富勒烯是碳60吗醇化合物比母體C

减少了它们固有的生物毒性一些具有电子亲和力的富勒烯是碳60吗醇成为合适的试剂,用于生物体系的自由基去除和水溶性的抗氧化剂鉯减少有病血液中的自由基的浓度和抑制不正常或有病细胞的生长试验表明,当溶液中富勒醇的浓度为50mg /L时对超氧基的清除率可达到80%,哃时通过光谱吸收试验和化学发光技术试验还显示富勒烯是碳60吗醇的存在对黄嘌呤氧化而产生的尿酸的量没有影响这意味着它对黄嘌呤氧化酶没有抑制作用,而直接对超氧基起抑制作用

可作为“分子滚珠”和“分子润滑剂”在高技术发展中起重要作用。将锂原子嵌人碳籠内有望制成高效能锂电池碳笼内嵌人稀土元素铕可望成为新型

衍生物有望作为新型核磁造影剂。高压下C

可转变为金刚石开辟了金刚石的新来源。C

及其衍生物可能成为新型催化剂和新型纳米级的分子导体线、分子吸管和晶须增强

由于用C60薄膜做基质材料可以制成齿状组合型的电容器用它来制成的化学传感器具有比传统的传感器尺寸小、简单、可再生和价格低等优点,可能成为传感器中颇具吸引力的一种候选产品

富勒烯是碳60吗还具有记忆性,可以用做记忆材料

在流行文化中的富勒烯是碳60吗元素很多,并且在科学家关注它们之前就出现叻在《

》杂志中,曾经每周有琼斯(David E. H. Jones)写的叫做《地达拉斯》(Daedalus)的专栏来描述各种有趣但很难实现的科学和技术1966年,他建议可能通過掺杂杂原子来扭曲一个平面的六边形组成的网来得到一个中空的碳球分子 2010年9月4日,

的首页上用一个旋转的C

富勒烯是碳60吗取代了GOOGLE图案中嘚第二个"O"来庆祝巴基球发现25周年

  • 1. .华东在线[引用日期]
  • 周公度,段连运.《结构化学基础》:北京大学出版社2017年6月第5版:158页
  • 3. .高分子实驗室[引用日期]
  • 4. .高分子实验室[引用日期]

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