富勒烯c60的结构及应用

简述富勒烯C60的结构及应用

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

应用：

一.用于增强金属：

在增强金属材料方面，C60的作用将比焦炭中的碳更好，这是因为C60比碳的颗粒更小、活性更高，C60与金属作用产生的碳化物分散体的颗粒大小是0.7nm，而碳与金属作用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。

二.用作新型催化剂

C60具有烯烃的电子结构，可以与过渡金属(如铂系金属和镍)形成一系列络合物。例如C60与铂、锇可以结合成{[(C2H5)3P]2Pt}C60和C60OsO4·(四特丁基吡啶)等配位化合物，它们有可能成为高效的催化剂。

三.用于气体的贮存：

利用C60独特的分子结构，可以将C60用作比金属及其合金更为有效和新型的吸氢材料。每一个C60分子中存在着30个碳碳双键，因此，把C60分子中的双键打开便能吸收氢气。与金属或其合金的贮氢材料相比，用C60贮存氢气具有价格较低的优点，而且C60比金属及其合金要轻，因此，相同质量的材料，C60所贮存的氢气比金属或其合金要多。C60不但可以贮存氢气，还可以用来贮存氧气。与高压钢瓶贮氧相比，高压钢瓶的压力为3.9×106Pa，属于高压贮氧法，而C60贮氧的压力只有2.3×105 Pa，属于低压贮氧法。利用C60在低压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。

四.用于制造光学材料：

由于C60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做为光学限幅器。C60还具有较大的非线性光学系数和高稳定性等特点，使其做为新型非线性光学材料具有重要的研究价值，有望在光计算、光记忆、光信号处理及控制等方面有所应用。

五.用于制造高分子材料：

由于C60特殊笼形结构及功能，将C60做为新型功能基团引入高分子体系，得到具有优异导电、光学性质的新型功能高分子材料。C60掺入聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）可成为很有前途的光学限幅材料。

六.生物学及医学应用：

1）用于制造生物活性材料

2）癌细胞的杀伤效应

3）其他医疗功能由于用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。富勒烯还具有记忆性，可以用做记忆材料

碳纳米管的制备方法：

①激光蒸发法在1 200 ℃的电阻炉中, 由激光束蒸发石墨靶, 流动的氩气使

产物沉积到水冷铜柱上。但此法制备纳米碳管的成本较高, 难以推广应用。

②催化裂解法催化裂解法是在600~1 000 ℃的温度及催化剂的作用下, 使

含碳气体原料(如一氧化碳、甲烷、乙烯、丙稀和苯等)分解来制备碳纳米管的一种

方法。此方法在较高温度下使含碳化合物裂解为碳原子,碳原子在过渡金属- 催化

剂作用下, 附着在催化剂微粒表面上形成为碳纳米管。

③化学气相沉积法化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition,简称

CVD), 基本原理为含碳气体流经催化剂表面时分解, 沉积生成纳米碳管。这种方法

具有制备条件可控、容易批量生产等优点, 自发现以来受到极大关注, 成为纳米碳

管的主要合成方法之一。

④模板法模板法通常是用孔径为纳米级到微米级的多孔材料作为模板, 结

合电化学、沉淀法、溶胶- 凝胶法和气相沉淀法等技术使物质原子或离子沉淀在模

板的孔壁上形成所需的纳米结构体。

⑤凝聚相电解生成法该方法采用石墨电极(电解槽为阳极), 在约600 ℃

的温度及空气或氢气等保护性气氛中, 以一定的电压和电流电解熔融的卤化碱盐

(如LiCI), 电解生成了形式多样的碳纳米材料, 包括包裹或未包裹的碳纳米管和碳

纳米颗粒等, 通过改变电解的工艺条件可以控制生成碳纳米材料的形式。

⑥还有等离子体喷射沉积法、火焰法、水中电弧法、太阳能法、低温固体热解法

等方法