富勒烯用途

富勒烯的发现、特性、结构极其应用

化学与材料科学学院 化学专业0501班 吴铭

摘要：长期以来，人们只知碳的同素异形体有三种：金刚石,石墨和无定形碳。自1985年发现了巴基球，1991年1992年又相继发现了巴基管（碳纳米管）和巴基葱，碳有了第四种同素异形体富勒烯，于是人们便开始了对其结构与特性的研究，并广泛应用。本文综述了富勒烯的发现、特性、结构极其应用。

关键词：富勒烯结构 特性 应用

目前为止，碳的同素异形体已被发现四种：金刚石，石墨，不定形碳和富勒烯。其中，人们对前三种应该早就熟知了，而对于最后一种恐怕大多人知知甚少。巴基球，巴基管和巴基丛统称富勒烯。以下则介绍富勒烯的发现特性，结构极其应用。

一．发现

(一) 巴基球的发现

英国萨塞克斯大学的波谱学家克罗托(h.w.kvoto)在研究星际空间暗云中含碳的尘埃时，发现此尘埃中有氰基聚分子，克罗托很想研究该分子形成的机制，但没有相应的设备.1984年克罗托赴美参加陂得萨斯州奥斯汀举行的学术会议，并到莱斯大学参观，现该校化学系系主任科生(R.F.cuv.jv)教授介绍，认识了研究原子簇化学的斯莫利教授，观看了斯莫利和他的研究生用他们设计的激光超团簇发生器，在氦气中用激光使碳化硅变成蒸汽的实验， 克罗托对这台仪器非常感兴趣，这正是所渴求的仪器。三位科学家优异合作并安排在1985年8月到9月间进行合作研究。是时，他们用功率激光轰击石墨，使石墨中的碳原子汽化，用氮气流把气态碳原子送入真空室。迅速冷却后形成碳原子簇，再用质谱仪检测。他们解析质谱图后发现，该实验产生了含不同碳原子数的原子簇。其中相当于60个碳原子，质量数落在720处的信号最强，其次是相当于70个碳原子，质量数为840处的信号最强。说明C60是相对稳定的原子簇分子。(图1)

(二) 巴基管和巴基丛的发现

1991年日本NFC公司的电镜专家饭岛博士，在氮气直流电弧放电后的阴极棒上发现了管状的结构的碳原子簇，直径约几纳米，成为碳纳米管（Cerbonnanofubes），又称巴基管（Buckytabes）。碳纳米管也是典型的富勒烯，可以有单层和多层之分，多层管则由几个或几十个单层管回轴套叠而成．想另管距为0。34nm与石墨层检举0。335nm相近．饭岛发现，如果巴基管全由方边形碳环组成，该管是不封闭的，可以向两端伸长;如果在管子两端有五边形，会将巴基管末端封闭。(图4)

富勒烯的结构性质及用途

富勒烯的结构、性质及用途

2009210349焦珂

化学中最常说的一句话便是：结构决定性质，性质决定用途。富勒烯——C60，这一神奇的物质，自从发现以后就受到科学家的密切关注，积极探索它的用途，从而为人类生产生活带来更大的便利.正是由于其特殊的结构和性质，C60在超导、磁性、光学、催化、材料及生物等方面表现出优异的性能，得到广泛的应用。

结构

C60的分子结构为球形32面体，它是由60个碳原子以20个六元环和12个五元环连接而成的具有30个碳碳双键（C=C）的足球状空心对称分子，所以，富勒烯也被称为足球烯。球体直径约为710pm，即由12个五边形和20个六边形组成.其中五边形彼此不相联接只与六边形相邻。与石墨相似,每个碳原子以sp2杂化轨道和相邻三个碳原子相连,剩余的p轨道在C60分子的外围和内腔形成π键.

性质

①颜色与性状:C60在室温下为紫红色固态分子晶体，有微弱荧光；

②分子大小： C60分子的直径约为7.1埃（1埃= 10的负十次幂 米）;

③密度：C60的密度为1.68g/cm3；

④溶解性：C60不溶于水等强极性溶剂,在正己烷、苯、二硫化碳、四氯化碳等非极性溶剂中有一定的溶解性；

⑤导电性：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。 富勒烯的结构性质及用途

⑥化学性质

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C60O，但这种环氧化物不稳定，用矾土分离时能还原成C60。

加成反应：

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可生成C60直接键和哑铃状二聚体RC60-C60R。

富勒烯用途

富勒烯是一种由碳原子构成的分子，通常呈现为球状、管状或者球状结构。它具有许多独特的物理和化学性质，因此在各个领域都有着广泛的应用。

富勒烯在医学领域有着重要的应用。由于其特殊的结构和生物相容性，富勒烯被广泛用于药物传递系统中。研究表明，将药物包裹在富勒烯分子内可以提高药物的稳定性和生物利用度，从而减少药物的副作用和毒性。此外，富勒烯还可以作为抗氧化剂，帮助清除自由基，预防疾病的发生。

富勒烯在材料科学领域也有着重要的应用。由于其强度高、导电性好、耐热性强等特点，富勒烯被广泛用于制备高性能材料。例如，将富勒烯添加到聚合物中可以提高材料的机械性能和导电性能；将富勒烯用作涂层材料可以提高材料的耐磨性和耐腐蚀性。此外，富勒烯还可以用于制备纳米材料、光电器件等领域。

富勒烯在能源领域也有着重要的应用。由于其独特的导电性和光学性质，富勒烯被广泛用于太阳能电池、锂离子电池等能源器件中。研究表明，将富勒烯添加到太阳能电池中可以提高电池的光电转换效率；将富勒烯作为锂离子电池的电极材料可以提高电池的循环稳定性和充放电性能。

富勒烯还在环境保护、生物技术、纳米技术等领域有着广泛的应用。例如，富勒烯可以用于净化水源、吸附有害气体，保护环境；可以用于生物成像、药物研发，推动生物技术的发展；可以用于纳米传感器、纳米材料制备，促进纳米技术的应用。

总的来说，富勒烯作为一种具有独特性质的碳材料，具有广泛的应用前景。随着科学技术的不断发展，相信富勒烯在各个领域的应用将会越来越广泛，为人类社会的发展做出更大的贡献。

碳六十的用途

碳六十（C60）是一种由60个碳原子组成的球形分子，也被称为“富勒烯”或“巴克球”。它具有许多独特的化学和物理性质，因此具有广泛的用途。以下是关于碳六十的用途的1500字以上的回答。

1. 材料科学领域：

(1) 强度增强剂：C60的添加可以改善材料的强度和硬度，使其具有更好的耐磨性和耐腐蚀性，因此在制备高强度合金、复合材料和陶瓷材料方面有重要应用。

(2) 电子器件：C60可以作为半导体材料，可以制备具有高导电性和高电子迁移率的薄膜，广泛应用于平板显示器、太阳能电池和有机发光二极管等电子器件中。

(3) 超导材料：C60可以与金属或其他化合物形成化合物，具有高温超导性能，因此在超导材料的研究中发挥重要作用。

(4) 水处理：由于C60的球形结构和空心内部空间，可以用作吸附剂来去除水中的有害物质，如重金属离子、溶解有机物和放射性物质等。

2. 生物医学领域：

(1) 医药领域：C60具有很强的抗氧化性和自由基清除能力，可以用于生产抗氧化剂和抗炎药物，对多种疾病具有潜在的治疗作用，如癌症、心血管疾病和神经退行性疾病等。

(2) 增强光动力疗法：通过将C60与光敏剂结合，可以增强光动力疗法的效果，在肿瘤治疗和传染病治疗中具有潜在应用价值。

(3) 生物传感器：C60可以以单分子形式与生物分子相互作用，以制备高灵敏度和高选择性的生物传感器，用于检测生物标志物、药物和毒素等。

3. 能源领域：

(1) 电池材料：C60可以作为锂离子电池和超级电容器的电极材料，具有高电导率和储能密度，提高了电池的性能。

(2) 光催化剂：C60可以吸收可见光，产生光催化效应，可以用于光催化水分解、光催化CO2还原和光催化有机反应等能源转换和环境治理领域。

(3) 太阳能电池：C60可以用作太阳能电池的吸光材料，吸收光谱范围广泛，并具有高光电转化效率，被广泛应用于新型太阳能电池中。