富勒烯的化学研究进展

富勒烯提取
摘要：
1.富勒烯的简介
2.富勒烯的提取方法
3.我国在富勒烯提取方面的研究进展
4.富勒烯的应用前景
正文：
富勒烯（Fullerene）是一种由碳原子组成的球形分子，具有许多独特的性质，如高强度、高热导率、高抗氧化能力等。

自1985 年被发现以来，富勒烯引起了科学界的广泛关注，被认为在材料科学、能源、生物医学等领域具有广泛的应用前景。

富勒烯的提取方法主要有两种：一种是热解法，另一种是化学气相沉积法（CVD）。

热解法是通过高温将碳源分解为碳原子，然后这些碳原子聚集成富勒烯分子。

化学气相沉积法则是利用气相中的碳原子在固体表面沉积，形成富勒烯薄膜。

我国在富勒烯提取方面取得了一系列重要进展。

例如，我国科学家成功实现了富勒烯的高效提取，以及通过改进热解法和CVD 法制备出高质量的富勒烯材料。

此外，我国还积极开展富勒烯在材料科学、能源、生物医学等领域的应用研究，取得了一系列具有国际影响力的成果。

富勒烯在许多领域具有广泛的应用前景。

例如，在材料科学领域，富勒烯可以作为高强度、高热导率的结构材料；在能源领域，富勒烯可以作为高能量
密度的超级电容器电极材料；在生物医学领域，富勒烯具有抗氧化、抗炎、抗癌等生物活性，有望开发成新型药物或生物成像试剂。

总之，富勒烯作为一种具有独特性质的碳分子，引起了全球科学界的关注。

我国在富勒烯提取方面取得了一定的成绩，并在应用研究方面取得了突破。

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。

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.Kroto）在研究星际空间汽暗云中富含碳的尘埃时，发现此尘埃中有氰基聚炔分子（HC n N，n<15），克罗托很想研究该分子形成的机制，但没有相应的仪器设备。

1984年克罗托赴美参加在得克萨斯州奥斯汀举行的学术会议，并到莱斯大学参观，经该校化学系系主任科尔（R.F.Curl，Jr）教授介绍，认识了研究原子簇化学的斯莫利（R.E.Smally）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，这正是他所渴求的仪器。

三位科学家有意合作并安排在1985年8月到9月间进行合作研究。

是时，他们用高功率激光轰击石墨，使石墨中的碳原子汽化，用氦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，说明C 60和C70是相当稳定的原子簇分子（图1）。

C60和C70具有什么样的结构呢？这是他们要解决的问题。

金刚石和石墨是具有三维结构的巨型分子，C60和C70是有固定碳原子数的有限分子，它们应该具有不同的结构。

克罗托联想到加拿大蒙特利尔万国博览会的美国馆，那是利用正五边形和正六边形拼接成的顶部近似于球面的一部分的建筑，它是由美国建筑学家巴克明斯特·富勒（Buckminster Fuller）设计的。

富勒曾对克罗托等人启发说：“C60分子可能是球形多面体结构”。

在富勒的启发下，克罗托、斯莫利和科尔用硬纸板剪成许多五边形和六边形，终于用12个五边形、20个六边形组成了一个中空的32面体，五边形互不邻接，而是与五个六边形相接，每个六边形又与3个六边形和3个五边形间隔相接，共有60个顶角，碳原子位于顶角上，是一个完美对称的分子（图2）。

富勒烯C60C70的制备化学自1985年Kroto等在激光汽化石墨实验中偶然发觉C60/C70以来[1]，为查找高产率大量C60的制备方法，人们进行了广泛的探究，直到19 90年Kratschmer等使用电弧放电装置生产出mg量的产品，才有了突破性的进展。

目前，g量级的富勒烯已被制备出来。

富勒烯制备方法的进展促进了其物理、化学性质的深入研究及应用研究的广泛开展。

目前世界上许多闻名科学家和一流研究机构正致力于C60/C70制备技术的研究，估量这一技术在不远的今后会有重大突破。

本文旨在对过去10年中富勒烯的制备技术的演进作一回忆，对各种方法加以归纳和评述，并探讨了较大规模生产的可能性。

1石墨激光汽化法最初于室温下He气流中用脉冲激光技术蒸发石墨导致了C60的发觉，碳蒸气的快速冷却导致了C60分子的形成。

由时刻飞行质谱检测到的C60存在[1]。

但它只在气相中产生极微量的富勒烯，经研究发觉C60可溶于甲苯。

随后的研究说明其中还包含着分子量更大的富勒烯。

此后发觉在一个炉中预加热石墨靶到12021C可大大提高C60的产率[3]，但用此方法无法收集到常量的样品。

2石墨电弧放电法1990个由Kratschmer和Huffman等人报道[2]的电阻热放电技术是第一个产生出常量富勒烯的方法，这一技术仍旧是目前明白的较高产率制造方法之一。

许多研究小组对此方法加以改进，获得了可溶性富勒烯通常可占蒸发石墨的20%，有时可达30%以上[4~6]。

对该方法要紧的改进包括精确操纵电极的缝间距，调剂电源种类和强度、稀释气体种类和压力、装置的最佳热对流、碳棒尺寸、反应器大小及萃取剂的抽提效率等因素。

踞遗憾的是由于内在缘故，全然上限制了所使用碳棒的直径必须在3mm以内，因此只能小量生产。

要紧的困难是碳棒中部温度最高，碳的蒸发速度也最快，专门快变细直到断裂，运行中断。

此外，快速蒸发的温度专门高（＞30000 C），整个碳棒黑体的辐射能量缺失也大，经济上也不合算。

富勒烯化学及其应用研究富勒烯是一种由碳原子组成的分子结构，具有特殊的球状形态。

它的发现不仅在化学领域引起了巨大的轰动，也在材料科学、医学和能源学等领域展现出了巨大的潜力。

富勒烯化学及其应用研究成为了目前热门的研究领域之一。

富勒烯最早由理论化学家理查德·斯莱尔提出，但直到1985年，科学家们才成功地合成出了第一个富勒烯分子。

这个突破性的发现为富勒烯化学的研究奠定了基础。

富勒烯的结构稳定，具有很高的电子亲和力和离域性，使得它在化学反应和材料制备方面有着广泛的应用潜力。

一方面，富勒烯化学为我们提供了一种全新的材料制备方法。

由于富勒烯的结构独特，它可以被改变和调控，使其具有不同的性质和应用。

通过在富勒烯分子结构中引入不同的官能团或掺杂物，可以得到具有特定性质的富勒烯衍生物。

这些衍生物在纳米材料、光电材料、催化剂和药物等领域都有着广泛的应用。

另一方面，富勒烯化学还为我们提供了一种全新的理论框架和研究方法。

富勒烯的电子结构与传统的有机分子有着很大的不同，电子的共享性较低，具有较高的电子亲和力。

这些特性使得富勒烯衍生物成为了研究电子传输、能量转换和光电效应等现象的理想模型。

通过研究富勒烯和其衍生物的电子结构、能级分布和电子传输规律，可以为材料科学和能源学提供新的理论基础和设计思路。

除了在材料科学领域的应用，富勒烯在医学领域也展现出了巨大的潜力。

研究人员发现，富勒烯具有较低的毒性和良好的生物相容性，可以在药物传输、疾病诊断和治疗等方面发挥重要作用。

通过将药物包裹在富勒烯衍生物中，可以提高药物的稳定性和靶向性，减少副作用并增强疗效。

此外，富勒烯在抗氧化、抗炎和抗肿瘤方面的作用机制也引起了研究人员的兴趣。

富勒烯化学及其应用研究不仅对学术界具有重要意义，也对工业界和经济发展有着重要的影响。

随着对新材料、新能源和新医药的需求不断增加，富勒烯化学为解决这些问题提供了新的思路和研究方向。

研究人员在富勒烯衍生物的合成方法、结构设计和性能调控等方面取得了重要的突破，为相关领域的发展提供了关键支持。

富勒烯的物理化学性质
富勒烯(Fullerene)是一种三维结构的碳元素形成的纳米结构，它有着非常独特而完美的结构和性质。

1996年，在研究富勒烯的物理化学性质的基础上，理查德·拉宾和格伦·布林被授予诺贝尔物理学奖，他们的研究奠定了对对原子纳米电子结构的进一步研究。

当前，富勒烯已成为一项重要的研究领域，在物理化学性质方面有着广泛的应用前景。

它有着出色的自旋电子性质，它可以轻松地进入有机分子结构中，形成稠密的双重氢键键合。

对于有机分子的光学和电化学性质的特殊改变，这种富勒烯型对有机分子的影响是无与伦比的。

此外，富勒烯可以作为光子探针，具有良好的平衡性和调控性，可以直接和细胞的金属离子结合调控细胞的信号传递，为细胞生物学研究提供了新思路。

同时，应用于抗癌药物载体，在物理耐药性和安全性方面，富勒烯也非常具有优势，是近年来新型药物载体材料研究的焦点。

最重要的是，富勒烯有着良好的机械性质，根据“ Carbon Nanotube and Diamond”的论文，研究发现了基于富勒烯的高强度和高弹性材料，可以直接应用于航空航天和医学生物学等，提升材料的结构特性，耐磨性，强度，抗紫外线和耐热性能等，从而更好地把握材料的多方面性能。

总之，富勒烯具有独具特色的物理化学性质，可以完美地应用于有机分子的光学和电化学性质，电子和生物医学实验，以及传感器、抗癌药物载体等，未来，在富勒烯研究的步伐加快的情况下，它的应用前景更为广阔。

富勒烯的合成富勒烯是一种由碳原子组成的分子，具有球形或管状结构，是碳纳米材料的一种重要代表。

富勒烯的合成是一项具有重要科学意义和应用价值的研究领域。

本文将介绍富勒烯的合成方法和相关研究进展。

富勒烯的合成方法多种多样，其中最早被发现的是电弧放电法。

该方法是在高温下，通过在惰性气体环境中施加高电压，使两根石墨电极之间发生电弧放电，从而产生富勒烯。

这种方法简单、易操作，但产率较低，且生成的富勒烯分布不均匀。

后来，研究人员发展了许多其他的合成方法，如激光蒸发法、热蒸汽法、高温炭热法等。

激光蒸发法利用激光束照射石墨靶，使其蒸发并在惰性气体环境中快速冷却，形成富勒烯。

热蒸汽法是将石墨加热至高温，使其产生蒸汽，然后在惰性气体环境中冷却，形成富勒烯。

高温炭热法是将石墨或其他碳源加热至高温，使其分解生成富勒烯。

还有一种较为常用的合成方法是溶剂热法。

该方法是将石墨或其他碳源溶于有机溶剂中，在高温高压条件下进行反应生成富勒烯。

溶剂热法具有合成时间短、产率高、富勒烯分布均匀等优点，因此被广泛应用于富勒烯的合成过程。

除了上述方法，还有一些新颖的合成方法被提出。

例如，研究人员利用微波辐射、超声波、离子液体等技术来促进富勒烯的合成。

这些新方法不仅可以提高富勒烯的合成效率，还可以控制富勒烯的形貌和结构，为富勒烯的应用提供了更多的可能性。

富勒烯的合成方法研究不仅有助于了解富勒烯的形成机理，还为富勒烯的应用提供了基础。

富勒烯具有许多独特的性质和潜在的应用价值，如电子传输、催化剂、药物输送等领域。

因此，富勒烯的合成研究对于推动纳米科技和碳材料的发展具有重要意义。

富勒烯的合成是一项具有重要科学意义和应用价值的研究工作。

通过不断改进合成方法，可以实现高效、可控的富勒烯合成。

富勒烯的合成研究为其应用提供了基础，推动了纳米科技和碳材料领域的发展。

希望今后能够进一步探索富勒烯的合成方法，并将其应用于更多领域，造福人类社会。