简述富勒烯C60的结构及应用

简述富勒烯C60的结构及应用

C60为60 个碳原子组成的球形32 面体，其中有12 个五边形面和20个六边形面，60个顶点分别由60个碳原子占据，与足球结构类似，所以也称之为“足球烯”。C60分子点群为Ih，具有五重对称性，分子中60 个碳原子完全等价。由于球面弯曲效应和五元环的存在，碳原子的杂化方式介于石墨晶体中sp2和金刚石中sp3杂化之间。分子中共含有30 个双键和60 个单键，以达到稳定结构。其中C60分子中五边形的边长为146pm，六边形的短边边长为139pm，介于C- C 单键键长154pm 和C= C 双键键长134pm 之间C60的结构特点决定着它具有特殊的物理化学性能，它可以在众多学科当中都具有广泛的用途。如碱金属原子可以与C60键合成/ 离子型0化合物而表现出十分良好的超导性能，过渡金属富勒烯C60化合物表现出较好氧化还原性能。在高压下C60可转变为金刚石，开辟了金刚石的新来源。以富勒烯C60为基础的催化剂，可用于以前无法合成的材料或更有效地合成现有的材料。碳容易被加工成细纤维的特性很可能研制出一种比现有陶瓷类超导体更优的高温超导材料。管状富勒烯的发现与研究，很可能使这种超强度低密度的材料用于新型飞机的机身。C60有区分地吸收气体的性质可能被应用于除去天然气中的杂质气体。C60离子束轰击重氢靶预计运用于分子束诱发核聚变技术。C60和C70溶液具有光限幅性，可作为数字处理器中的光阈值器件和强光保护器，用C60和C70的混合物掺杂PVK 呈现非常好的光电导性能及其用于静电印刷的潜在可能性。

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。

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