富勒烯的資料

班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：富勒烯材料前言：富勒烯（Fullerene)是一種碳的同素異形體。任何由碳一種元素組成，以球狀，橢圓狀，或管狀結(jié)構(gòu)存在的物質(zhì)，都可以被叫做富勒烯。富勒烯與石墨結(jié)構(gòu)類似，但石墨的結(jié)構(gòu)中只有六元環(huán)，而富勒烯中可能存在五元環(huán)。1985年RobertCurl等人制備出了C60。1989年，德國(guó)科學(xué)家Huffman和Kraetschmer的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了C60的籠型結(jié)構(gòu)，從此物理學(xué)家所發(fā)現(xiàn)的富勒烯被科學(xué)界推向一個(gè)嶄新的研究階段。富勒烯的結(jié)構(gòu)和建筑師Fuller的代表作相似，所以稱為富勒烯。1985年英國(guó)化學(xué)家哈羅德·沃特爾·克羅托博士和美國(guó)科學(xué)家理查德·斯莫利在萊斯大學(xué)制備出了第一種富勒烯，即富勒烯分子，因?yàn)檫@個(gè)分子與建筑學(xué)家巴克明斯特·富勒的建筑作品很相似，為了表達(dá)對(duì)他的敬意，將其命名為巴克明斯特·富勒烯。飯島澄男早在1980年之前就在透射電子顯微鏡下觀察到這樣洋蔥狀的結(jié)構(gòu)。自然界也是存在富勒烯分子的，2010年科學(xué)家們通過(guò)史匹哲太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)在外太空中也存在富勒烯?！耙苍S外太空的富勒烯為地球提供了生命的種子”。在富勒烯的發(fā)現(xiàn)之前，碳的同素異形體的只有石墨、鉆石、無(wú)定形碳（如炭黑和炭），它的發(fā)現(xiàn)極大地拓展了碳的同素異形體的數(shù)目。巴基球和巴基管獨(dú)特的化學(xué)和物理性質(zhì)以及在技術(shù)方面潛在的應(yīng)用，引起了科學(xué)家們強(qiáng)烈的興趣，尤其是在材料科學(xué)、電子學(xué)和納米技術(shù)方面。命名很像足球的球型富勒烯也叫做足球烯，或音譯為巴基球，中國(guó)大陸通譯為富勒烯，臺(tái)灣稱之為球碳，香港譯為布克碳；偶爾也稱其為芙等；管狀的叫做碳納米管或巴基管。富勒烯的中文寫(xiě)法有三種，以C60為例，第一種是標(biāo)準(zhǔn)的寫(xiě)法，即[60]富勒烯；第二種為碳60，60也不用下標(biāo)，這是中文專用的寫(xiě)法；第三種為C60，與英文一致。歷史：早在1965年，二十面體C60H60被認(rèn)為是一種可能的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。20世紀(jì)60年代科學(xué)家們對(duì)非平面的芳香結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了濃厚的興趣，很快就合成了碗狀分子碗烯。日本科學(xué)家大澤映二想到，也許會(huì)有一種分子由sp雜化的碳原子組成，比如將幾個(gè)碗烯拼起來(lái)的共軛球狀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)三維芳香性。[4]他開(kāi)始研究這種球狀分子，不久他得出這種結(jié)構(gòu)可以由截去一個(gè)二十面體的頂角得到，并稱之為截角二十面體，就像足球的拼皮結(jié)構(gòu)那樣；他還預(yù)言了CnHn分子的存在。大澤雖然在1970年就預(yù)言了C60分子的存在，但遺憾的是，由于語(yǔ)言障礙，他的兩篇用日文發(fā)表的文章并沒(méi)有引起人們的普遍重視，而大澤本人也沒(méi)有繼續(xù)對(duì)這種分子的研究，因而使得C60的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)是15年以后的事了。1970年漢森設(shè)計(jì)了一個(gè)C60的分子結(jié)構(gòu)，并用紙制作了一個(gè)模型。然而這種碳的新形式的證據(jù)非常弱，包括他的同事都無(wú)法接受。因此這個(gè)結(jié)果并沒(méi)有發(fā)表，不過(guò)《碳》期刊在1999年確認(rèn)了這個(gè)結(jié)果。富勒烯的第一個(gè)光譜證據(jù)是在1984年由美國(guó)新澤西州的艾克森實(shí)驗(yàn)室的羅芬考克斯和科多發(fā)現(xiàn)的，當(dāng)時(shí)他們使用由萊斯大學(xué)理查德·斯莫利設(shè)計(jì)的激光汽化團(tuán)簇束流發(fā)生器，用激光汽化蒸發(fā)石墨，用飛行時(shí)間質(zhì)譜發(fā)現(xiàn)了一系列Cn（n=3，4，5，6）和C2n（n>=10）的峰，而相距較近的C60和C70的峰是最強(qiáng)的不過(guò)很遺憾，他們沒(méi)有做進(jìn)一步的研究，也沒(méi)有探究這個(gè)強(qiáng)峰的意義。1985年，英國(guó)化學(xué)家哈羅德·沃特爾·克羅托博士和美國(guó)賴斯大學(xué)的科學(xué)家理查德·斯莫利、海斯、歐布萊恩和科樂(lè)等人在氦氣流中以激光汽化蒸發(fā)石墨實(shí)驗(yàn)中首次制得由60個(gè)碳組成的碳原子簇結(jié)構(gòu)分子C60。富勒烯的主要發(fā)現(xiàn)者們受建筑學(xué)家巴克敏斯特·富勒設(shè)計(jì)的加拿大蒙特利爾世界博覽會(huì)球形圓頂薄殼建筑的啟發(fā)，認(rèn)為C60可能具有類似球體的結(jié)構(gòu)，因此將其命名為巴密鍵合，成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，最終形成了一種硬度大、活性差的固體。石墨每個(gè)碳都是三角形3配位，可以看作無(wú)限個(gè)苯環(huán)稠合起來(lái)。石墨中碳原子以平面層狀結(jié)構(gòu)鍵合在一起，層與層只見(jiàn)鍵合比較脆弱，因此層與層之間容易被滑動(dòng)而分開(kāi)。富勒烯中的碳原子是以球狀穹頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)鍵合在一起。碳納米管具有典型的層狀中空結(jié)構(gòu)特征。碳分子圖庫(kù)

從左邊起，依次為金剛石、石墨、碳鏈、C60、C70和納米管

用途與發(fā)展前景：工業(yè)富勒烯是一種新發(fā)現(xiàn)的工業(yè)材質(zhì)，它的特性：1.硬度比鉆石還硬2.軔度(延展性)比鋼強(qiáng)100倍3.它能導(dǎo)電，導(dǎo)電性比銅強(qiáng)，重量只有銅的六分之一4.它的成分是碳，所以可從廢棄物中提煉。由于特殊的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，C60在超導(dǎo)、磁性、光學(xué)、催化、材料及生物等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，得到廣泛的應(yīng)用。特別是1990年以來(lái)制備出克量級(jí)的C60，使C60的應(yīng)用研究更加全面、活躍。像在電子學(xué)領(lǐng)域，生物醫(yī)藥領(lǐng)域，超導(dǎo)領(lǐng)域，大氣與水處理領(lǐng)域，高能材料與太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，催化劑領(lǐng)域，激光科學(xué)領(lǐng)域，潤(rùn)滑領(lǐng)域。超導(dǎo)：C60分子本身不導(dǎo)電。但當(dāng)堿金屬嵌入C60分子之間的空隙后，C60與堿金屬的系列化合物將轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)體，如K3C60即為超導(dǎo)體，且具有很高的超導(dǎo)臨界溫度。與氧化物超導(dǎo)體比較，C60系列超導(dǎo)體具有完美的三維超導(dǎo)性，電流密度大，穩(wěn)定性高，易于展成線材等優(yōu)點(diǎn)，是一類極具價(jià)值的新型超導(dǎo)材料。高能材料：以C60或N60為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)物理化學(xué)處理，可能研發(fā)出未來(lái)的高能材料。在傳統(tǒng)的高氯酸銨推進(jìn)劑中添加20%的N60，相對(duì)推進(jìn)力至少可以提高150Ns/kg。氮系富勒烯N60可能在下一代火箭推進(jìn)劑得到應(yīng)用。太陽(yáng)能電池：P型共軛聚合物和N型富勒烯混合組成復(fù)合物，作為太陽(yáng)能電池的薄膜材料，可提高光電轉(zhuǎn)換效率。催化：催化氫轉(zhuǎn)移和硅氫化反應(yīng)，催化烷烴裂解反應(yīng)，催化H2-D2互換反應(yīng)、催化耦合和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)，在非金屬固氮體系中的應(yīng)用，在金剛石合成及助推劑中的應(yīng)用。潤(rùn)滑：理論研究：完全非公度下可實(shí)現(xiàn)超滑。實(shí)驗(yàn)研究：C60膜/可使摩擦性能得到一定改善。C60用于潤(rùn)滑添加劑/具有一定的極壓和潤(rùn)滑性能。C60的衍生物C60F60俗稱“特氟隆”可做為“分子滾珠”和“分子潤(rùn)滑劑”。生物醫(yī)藥：富勒烯被認(rèn)為是“清除自由基的海綿”,實(shí)驗(yàn)證明其可以有效減少神經(jīng)元死亡。富勒烯這種神經(jīng)保護(hù)的活性主要與其清除自由基(超氧陰離子、羥自由基)的能力有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明,多羥基富勒烯[C60(OH)n],又名富勒醇是一種很好的抗氧化劑,清除自由基效率高,且其水溶好,可以自由穿過(guò)血腦屏障,對(duì)其研究比較深入。實(shí)驗(yàn)證明其可以降低原代培養(yǎng)的皮質(zhì)神經(jīng)元的凋亡水平,保護(hù)自由基對(duì)神經(jīng)組織的損傷。用途備注高溫有機(jī)超導(dǎo)體和半導(dǎo)體攙雜金屬的C0衍生物,如K3C60等有機(jī)鐵磁體如部分還原產(chǎn)物C60(TDAE)0.86各種材料