富勒烯介绍PPT
富勒烯材料简介
新型富勒烯发光材料
润滑剂 化妆品 电荷转移复合物 表面涂层 催化剂
化学应用
富勒烯及其衍生物 的应用 电 学 应 用
碳薄膜 电泳显示 隧道二极管 光聚合物 导电物质 双层电容器和储存物质
发展与展望
1.富勒烯的研究已经渗透到化学、物理、生命、科学、 材料科学等众多学科领域，富勒烯的衍生化研究相对 较熟； 2.从发展趋势看，当前富勒烯的研究主要集中在:新型 富勒烯的制备及其机理研究，功能富勒烯衍生物的制 备、性能及应用研究，新的富勒烯反应及机理研究等 方面； 3.由于C60 表面含有30 个双键，其环加成反应中会生 成多加成产物，对它们的分离纯化以及选择性合成等 也是以后需要解决的问题；
C60富勒烯是一种很强的抗氧化物质， 其抗氧化力是维生素C的125倍，除了抗 氧化外，C60富勒烯还具有清除自由基、 活化皮肤细胞（预防衰亡）等作用。
4.如果在生物环境即水溶液环境中的溶解度得到根 本解决，富勒烯衍生物在生物、药物领域的应用将 更为广阔。 5.富勒烯由于其独特的结构和化学物理性质，已对 化学、物理、材料科学产生了深远的影响，在应用 方面显示了诱人的前景。随着研究的不断深入，碳 原子簇将要给人类带来巨大的财富。
富勒烯在化妆碳纳米管（C90)：直径0.7nm，长度为1.1纳米，呈D5h高度对称性。 （浙大与美 国加州大学合作）
C70：（除C60以外最稳定的富勒烯），它的12个五元环全部分散在碳笼的 两级位置，而赤道部位则全部由六元环所组成，其结构与碳纳米管十 分相似。 石墨烯：从石墨中一层一层剥离出来的单层的石墨（类似一个碳原子的薄片） 它是以Sp2轨道杂化的碳原子形成的单层原子蜂窝状六角平面晶体， 六边形的每个点上都是相同的碳原子。其厚度为0.335nm，只有一 根头发丝直径的万分之一，是目前世界上存在的最薄的材料。 石墨烷：氧化石墨烯
富勒烯
2)超导性 经过适当的金属搀杂后的C60表现出良好的 导电性和超导性。1991年3月美国贝耳实 验室首先报道搀钾后的K3C60具有超导 性，其临界温度为18K。
* 现已发现M3C60系列化合物（M=K、 Rb、Cs）均具有超导性。 * 另据贝耳实验室最新报道，C60有机超导 体的临界温度已提高到117K。
6、富勒烯的性质 1）一般性质 C60为淡黄色固体，薄膜加厚时转成棕色， 在有机溶剂中呈洋红色。C70为红棕色固 体，厚膜时为灰黑色，溶剂中为红葡萄酒 色。C60密度1.65g/cm3，能在不裂解情况下 升华。 室温下C60的体积可压缩率为： -d(lnv)/dp=7.0x10-12cm2/dyne 最软固体 C60 13C-NMR 143.2ppm出现单峰
C36
C60
C70
C180
2、C60分子的发现及其结构的提出 很早天体物理学家就发现富碳恒星的大气层及慧星 尾中有碳原子簇存在； 1942年，O. Hahn等用MS证实了原子簇Cn（<15）的 存在； 1984年，Exxon Research & Engineering Co.的E. A. Rohlfing等用激光气化/氦气脉冲膨胀法从石墨 产生碳原子簇。 1《n《30，奇数和偶数的碳原子簇均能形成； n》40时，仅偶数n的Cn原子簇能形成，并且C60 的质谱峰明显高于其它原子簇峰； 1985年，Kroto提出球碳假设，在Nature发表 《C60: Buckminsterfullerene》（1985, 318:162）
不同萃取剂的萃取效果 萃取剂系列 1 萃取次序 产物 苯 1 C60:C70=3:1 和少量质量数 1200 的富勒烯 吡啶 2 C60:C70=2:1 和少量 C100 以下的 富勒烯 1，2，3，5-四甲基苯 3 主要是<C200 的富勒烯，C60 和 C70 含量<1% 萃取剂系列 2 萃取次序 乙烷 1 主要是 C60 和 C70，少量 C76 和 C78 庚烷 2 C60:C70:C78:C84=2:1.4:0.5:1 收率 26% 4% 14%
科普讲座富勒烯C60
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课前提问
世界上最薄的材料？ 自然界最硬的材料？ 元素周期表中大约有多少种元素，能否背诵前18个元素？ 碳原子周围有几层电子，外层有几个电子？ 列举你所知道的碳的化合物，画出它们的分子结构。
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C60结构详解
H I G F L E K E
I
H
G
!
H
J
A K B C D
F
J
C B D
上五角星（11个顶点， 10个面）
H
下五角星（11个顶点， 10个面）
二十面体（12个顶点， 20个面）
截一个角，一个顶点变成 一个五边形（五个顶点）， 原来的面则变成六边形
试着一起 玩单脚站 立的小游 戏
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材料显微结构研究方法
•光学显微镜 •电子显微镜 •透射电子显微镜 •扫描电子显微镜 •扫描探针显微镜
h mv
德布罗意公式
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材料显微结构研究方法
•光学显微镜 •电子显微镜 •透射电子显微镜 •扫描电子显微镜 •扫描隧道显微镜
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实验发现C60结构的历史背景
在第二次世界大战（20世纪40年代）期间，石墨被用作核裂 变反应实验的中子减速器。当时德国和美国都发现碳在3000 －4000K的气相环境中能形成团簇。 这些碳的团簇结构，C10以下以链状为主，C10以上（C20以 下）为环状为主。（一般的金属元素，较低温度下能形成紧密 堆积的团簇，而在1000K以上气相中，基本上以单原子形式存 在。这一对比可以说明碳有非常优异的成键能力，也和“碳是 世界上形成化合物最丰富的一个元素”这一事实相关联）。 20世纪80年代初，Rice 大学发展了激光蒸发超声团簇分子束 技术，并和多种先进的检测手段（如飞行时间质谱，激光光电 离，紫外光电子能谱，离子回旋共振谱等）相结合，可用来研 究几乎任意元素的团簇结构。这些先进的研究手段为他们发现 新现象提供了很多机会。 当时Smalley主要还在研究半导体及金属元素，因为和Kroto的 合作才开始研究碳。
富勒烯
富勒烯富勒烯（Fullerene) 是一种碳的同素异形体.任何由碳一种元素组成, 以球状, 椭圆状, 或管状结构存在的物质, 都可以被叫做富勒烯. 富勒烯与石墨结构类似, 但石墨的结构中只有六元环, 而富勒烯中可能存在五元环. C60是于1985年由Rich ard Buckminster Fuller发现的第一个富勒烯, 又被称为足球烯. 这是因为C60的表面结构与足球完全一致. 富勒烯这个名称也由Fuller 而来, 而我们一般用Buckm inster fullerene 指足球烯.性质密度和溶解性C60的密度为cm。
C60不溶于水，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。
导电性碳原子本具有导电性，而C60分子的导电性优于铜，重量只有铜的六分之一，一个巴克球分子相当于一纳米，可谓极微小，它的导电性来自奇特的分子结构并非靠其他原子，可见不久的将来人类世界将诞生非金属电缆、非金属电路板...等富勒烯产品。
结构克罗托受建筑学家理查德·巴克明斯特·富勒（RichardBuckminsterFuller，18 95年7月12日~1983年7月1日）设计的美国万国博览馆球形圆顶薄壳建筑的启发，认为C60可能具有类似球体的结构，因此将其命名为buckminster fullerene（巴克明斯特·富勒烯，简称富勒烯）。
富勒烯是一系列纯碳组成的原子簇的总称。
它们是由非平面的五元环、六元环等构成的封闭式空心球形或椭球形结构的共轭烯。
现已分离得到其中的几种，如C60和C70等。
在若干可能的富勒烯结构中C60，C240，C540和直径比为1:2:3。
C60的分子结构的确为球形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。
富勒烯介绍(新材料资料2)
生物医学应用
生物医学应用
Magnetic Resonance Imaging (MRI)
诺贝尔化学奖
诺贝尔物理学奖
碳的存在形式
(a) 金刚石 (sp3) (b) 石墨(烯) (sp2) (c) 富勒烯 (sp2+sp3)
(e)石墨炔(sp2+sp3)
(d) 纳米管(sp2+sp3)
富勒烯的各种形态
Ca@C50
La2@C80
内嵌富勒烯
内嵌富勒烯
Ca@C50
La2@C80
Y@C82
Sc2C2@C82
均相催化与多相催化统一于 富勒烯：高活性；高选择性，理想产物选择 性100%；长寿命，连续5次100小时测试，活性保持；回收方便。
19
农业方面应用
合成氨催化剂
1 + Na2S2O4 + N2 → NH3 (yield in 33%)
Y. Nishibayashi, et al. Nature, 2004, 428, 279
Nature 1998 , 396, 323
富勒烯的各种形态
富勒烯一维聚集体
富勒烯的各种形态
富勒烯二维单分子膜
I 密实纳米线 II 实壁纳米管 III 多孔纳米线 IV 多孔壁纳米管
富勒烯应用举例
富勒烯的广泛应用
化妆品; 磁体; 消毒剂; 纺织物
医药 纳米器件 造影剂
内嵌分子
自由基捕捉
第三讲_富勒烯1
第三讲_富勒烯1第三讲富勒烯5⽬录富勒烯概述富勒烯的结构与表征富勒烯的制备、⽣长机理与纯化富勒烯的性质富勒烯化学富勒烯的应⽤6碳的同素异形体⽯墨78富勒烯(Fullerenes)：笼状炭原⼦簇的总称什么是富勒烯9富勒烯的发展历程1983年，物理学家D.R. Huffman 和W. Kratschmer 在氦⽓中使⽯墨电极间放电制备了碳原⼦簇，碳烟的紫外光谱和拉曼光谱显⽰，在近紫外区出现了强烈的吸收带，产⽣了形似驼峰的双峰，他们称这种样品为“骆驼样品”。
1969年David Jones 在New Scientist 上发表论⽂指出在⽯墨⽣产⾼温过程中有可能形成⽯墨空⼼球；1970年⽇本量⼦化学家Osawa 曾经计算过对称性的C 60的笼型结构，并计算出该笼形结构具有芳⾹性，但没有深⼊下去。
富勒烯之前认识的碳：⾦刚⽯和⽯墨1985年，Robert F. Curl，Harold W. Kroto，Richard E.Smalley共同发现了C60和C70，并获得1996年的诺贝尔化学奖。
1984年，E. A. Rotalfing为了解释星际尘埃的组成，采⽤⼤功率短脉冲激光器蒸发⽯墨，在飞⾏时间质谱仪上观察到C60和C70的特征峰，但他们只是简单的将其归结为碳原⼦团簇的线性链结构。
与诺贝尔奖失之交臂。
1984年，R. E. Smalley (Rice U)发明激光⽓化团簇束流发⽣器。
101984年，Kroto经Curl介绍认识了Smalley，参观了Smalley研制的⽤于研究半导体和⾦属原⼦簇的激光⽓化团簇束流发⽣器，观看了在He⽓氛中激光蒸发SiC2的实验。
并建议使⽤这台仪器模拟星际空间由巨碳星产⽣的浓密富碳风中长链碳分⼦的形成机制。
1985年9⽉，Kroto利⽤该仪器与Smalley合作，⽤⽯墨代替SiC2进⾏激光蒸发实验，他们从质谱图中发现相对原⼦量为720和840的⾼丰度分⼦离⼦峰（对应C60和C70)；Curl提议⽴即停⽌所有其它实验，集中精⼒研究这⼀意外发现。
富勒烯4_2
目录•富勒烯概述•富勒烯的结构与表征•富勒烯的制备、生长机理与纯化•富勒烯的性质•富勒烯化学•富勒烯的应用前景3富勒烯的应用前景•电子学领域•生物医药领域•超导领域•大气与水处理领域•高能材料与太阳能电池领域•催化剂领域•激光科学领域•润滑领域451、分子电子学领域分子电子学：目标是用单个分子、超分子或分子簇代替硅基半导体晶体管等固体电子学元件组装逻辑电路，乃至组装完整的分子计算机。
集成电路的发展微纳电子学分子电子学两个方向集成电路的例子：CPU 芯片、主板芯片、显卡芯片…微纳电子学，集成电路的生产（Integrated Circuit）生产过程：6完成集成电路制作的晶元7生产流程图：89First IC Device1958, Texas Instrument, Jack Kilby第一块单片集成电路1959, Noyce 在Ge 衬底用键合的方法制备了12个器件获得2000年Nobel 物理学奖在Si 衬底制备了真正的集成电路--摩尔定律：集成电路的集成度每三年增长四倍，特征尺寸每三年缩小√2 倍摩尔定律还能实现多久？10决定集成电路集成度—线宽奔腾III、奔腾IV的、酷睿2核芯片的线宽：130nm、65nm、45nm预计现行的微电子加工工艺10年后将接近发展极限两个问题：a、线宽缩小到一定程度将使固体电子器件不再遵从传统运行规律。
b、线宽缩小使成本大大增加。
11分子电子学的优势：a、自下而上（Bottom-Up）组装，元件通过化学反应大量合成，生产成本可望得到降低。
b、集成度高，可提高运算速度酷睿2核：核心面积107mm2，集成晶体管数4.1亿1cm2集成电子元件数的量级：109分子电子学：1014分子电子学的发展水平：处于基础阶段。
12A、C及其衍生物用在分子导线上60分子导线: (1)导电；(2)有确定的长度；(3)含有能够连接到系统单元的连接点；(4)允许在其端点进行氧化还原反应；(5)与周围绝缘以阻止电子的任意传输。
富勒烯材料ppt课件
4.富勒烯的种类
• 巴基球团簇：最小的是C20 （二十烷的 不饱和衍生物）和最常见的C60；
• 碳纳米管：非常小的中空管，有单壁和 多壁之分;在电子工业有潜在的应用；
• 巨碳管：比纳米管大，管壁可制备成不 同厚度，在运送大小不同的分子方面有 潜在价值；
• 聚合物：在高温高压下形成的 链状、二 维或三维聚合物。
5.富勒烯的结构和性质
• 富勒烯晶体（如C60固体）由于是由一个个分子堆砌形 成的，分子本身的化学键已达到饱和和封闭，不需要 其他原子来满足其表面化学键的要求.因此从这种意义 上说，富勒烯是今天已知有限大小的唯一稳定形式的 纯碳.
• 超导性： 经过适当的金属搀杂后的C60表现出良好的导电
1.富勒烯的命名
1985年， Kroto等采用质谱仪研究激光蒸发 石墨电
极粉末，发现在不同数量碳原子形成的碳 簇结构中
包含六十个和七十个碳原子的团簇具有更 高的稳定
性，于是提出由六十个碳原子构成的稳定 结构：由
12个五元环和20个六元环组成的类似足球
富勒烯的命名
C36
C60
C180
C70
2.富勒烯材料的历史
富勒烯材料的简介
富勒烯外包 装
富勒烯 在生活中 无处不在
宇宙中发现的碳 的同素异形体-石墨烯与富勒烯
富勒烯诱导
你
体作N型半导 体
知 道
吗
？
富勒烯材料
• 目录 • 1.富勒烯的命名 • 2.富勒烯的历史 • 3.富勒烯的制备与提纯 • 4.富勒烯的种类 • 5.富勒烯的结构和性质 • 6.富勒烯的其他相关 • 7.富勒烯的应用与发展前景
3.富勒烯材料的制备与提纯
富勒烯的制备： 大量低成本地制备高纯度的富勒烯是
富 勒 烯
“富勒烯”中的规律1985年，美国科学家克家罗托(H·W·K·Kroto)等用质谱仪，严格控制条件，得到以C60为主的质谱图。
由于受建筑学家富勒设计球形薄壳建筑结构的启发，克家罗托提出C60是由60个碳原子构成的球形32面体（即由12个五边形和20个六边形构成），随后将C60命名为“富勒烯”。
由于C60分子的结构酷似足球，所以又称其为“足球烯”。
像 C60这样由多个碳原子构成的具有封闭的笼状结构的碳单质，统称富勒烯。
为了说明的方便，我们假定“富勒烯”是由烃分子中去掉氢原子后形成的，在烃分子中每减少2个氢原子相当于增加一对共用电子对。
对于烷烃（C n H2n+2）碳碳间的共用电子对有n-1对，要把烷烃转化为“富勒烯”必须将氢原子全部转变为碳碳键（C—C），可转变出碳碳键（C—C）222+n=n+1对，这样在含n个碳原子的“富勒烯”中就有(n-1)+(n+1)=2n个碳碳键（C—C），即2n对共用电子对。
下面我们就以含n个碳原子的“富勒烯”为例来说明。
①在“富勒烯”中从一个顶点出发有三条棱，一个棱为两个碳原子所共有,所以顶点数为n“富勒烯”其棱数为3n⨯21。
又由于一个碳原子有四个电子，要形成三个棱，则一个碳原子上一定有两个碳碳单键（C—C），一个碳碳双键（C=C）。
设该“富勒烯”中碳碳单键（C—C）为a个，双键（C=C）为b 个，那么：⎪⎩⎪⎨⎧=+⨯=+nb a nb a 442321 解得⎪⎩⎪⎨⎧==n b n a 21 ②根据欧拉定律（顶点数+面数=棱数+2），含n 个碳原子的“富勒烯”的面数=3n ×21+2-n=21n+2。
再设该“富勒烯”中有五边形x 个，有六边形y 个⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=⨯++=+n y x n y x 31)65(221 解得 ⎪⎩⎪⎨⎧-==102112n y x 据对称原则六边形最少是两个，即y 最小应等于2，故n 值一定大于24。
富勒烯C的BN取代物的结构及其稳定性的理论研究PPT教案学习
第12页/共20页
No.
C14(BN)5-1 2 3 4 5 6
C12(BN)6-1 2 3
······ 7 8
C10(BN)7-1 2
C8(BN)8-1 2
取代位置
TRE
10,14 9,13 10,6 6,13 13,6 6,10 15,11 15,8 16,12 ······ 13,6 8,15 9,13 13,6 16,12 12,8
●15
23
11
6
7●
●
●
10 14 19
（8）
23
表示N原子
结论
1 C24及其取代物都具有反芳香性。
2
异构体的稳定性与BN取代的位置有关， 且BN取代反应对C24起稳定化作用。
BN单取代物中，BN取代使得在缺电子 3 B与富电子的N之间形成配位π键，有利
于增强分子的稳定性。
第17页/共20页
4
BN取代6-6环公共碳形成的异构体最 稳定，芳香性最强。
芳香性的判据
B 电子数 判据
A 几何判据
目前常用判据
D 能量判据 和磁判据
C 化学判据
第4页/共20页
☆拓扑共振能（TRE）：环状结构 的总能量和参照烯的总能量差 值叫作拓扑共振能， 它表示环 状共轭体系的稳定化能。 TRE=E环状-E参照烯
☆百分拓扑共振能(%TRE)：是把 TRE值除以参照多项式电子能量 后再除以100%第后5页/共的20页 值。 %TRE=(TRE/ E
5 对称取代形成的异构体最稳定，芳香 性最强。
6
在单取代至5取代中，取代异构体的稳 定性依次增强；6取代至8取代中，取
代异构体的稳定性依次降低。
富勒烯
富勒烯富勒烯（Fullerene) 是单质碳被发现的第三种同素异形体。
任何由碳一种元素组成，以球状，椭圆状，或管状结构存在的物质，都可以被叫做富勒烯，富勒烯指的是一类物质。
富勒烯与石墨结构类似，但石墨的结构中只有六元环，而富勒烯中可能存在五元环。
1985年Robert Curl等人制备出了C60。
1989年，德国科学家Huffman和Kraetschmer的实验证实了C60的笼型结构，从此物理学家所发现的富勒烯被科学界推向一个崭新的研究阶段。
富勒烯的结构和建筑师Fuller的代表作相似，所以称为富勒烯。
初步研究表明，富勒烯类化合物在抗HIV、酶活性抑制、切割DNA、光动力学治疗等方面有独特的功效。
最新新闻中国某材料获突破10亿元/克2015-12-08 22:37牛津大学实验室正在打造世界上最昂贵的材料，每克价格是惊人的1亿英镑(约人民币9.65亿)。
据英国《每日电讯报》12月5日报道，牛津大学去年建立的碳材料设计公司在生产“内嵌富勒烯”(endohedral fullerenes)。
这是一种由碳原子组成的笼形结构，笼内装有氮原子。
...详情中文名富勒烯英文名［60］Fullerene 别称足球烯；球碳化学式C60 C70 等水溶性溶于常规溶剂应用工业材料，电化学，催化剂，化妆品，抗癌药物等安全性描述无毒1 历史沿革▪命名▪发现过程▪进展年谱▪天然存在▪流行文化2 制备与提纯▪制备▪电弧法▪燃烧法▪提纯3 结构▪C70▪低对称性▪手性4 种类5 性质▪化学性质▪超分子化学▪安全性和毒性6 应用▪工业▪电、光、磁▪物理应用▪化学应用▪电化学应用▪护肤品▪多元体研究▪有机太阳能电池7 研发意义历史沿革命名很像足球的球型富勒烯也叫做足球烯，或音译为巴基球，中国大陆通译为富勒烯，台湾称之为球碳，香港译为布克碳；偶尔也称其为芙等；[1] 管状的叫做碳纳米管或巴基管。
富勒烯的中文写法有三种，以C60为例，第一种是标准的写法，即[60]富勒烯，对应英文的[60]fullerene；第二种为碳60，60也不用下标，这是中文专用的写法；第三种为C60，与英文一致。
富勒烯-原料类-科学护肤专家2018-04-11
科学护肤专家 塑造永恒美丽
目录
富勒烯及其抗氧化性 抗氧化皮肤生理学 富勒烯功效评价 富勒烯产品信息
富勒烯及其超强抗氧化性
化学名：富勒烯 INCI：Fullerene 分子式：C60
20个6元环
富勒烯简介
诺贝尔明星分子 60个碳原子
12个5元环
32面体
30个碳碳双键
富勒烯产生于真空、高能量环境中，在宇宙星云中普遍 存在，在地球上只微量存在。目前通过人工合成获得
实验意义：将H2O2溶液加入已添加有不 同浓度的富勒烯的HaCaT细胞。 H2O2会 在细胞内激发大量自由基，从而损伤或 杀死细胞。通过观察细胞的存活率可以 评估活性物质的抗氧化性能。 评价标准：不同时间点时各实验组的细 胞活性
细胞活性
空白组 虾青素 姜黄素 VC
C60
抗氧化剂
实验结论：在第3h，9h，11h分别就富 勒烯，维生素C，姜黄素，虾青素的抗 氧化性进行了对比。可以看出，富勒烯 在第11h时仍然保持了优异的抗氧化 性，证明了富勒烯是长效的抗氧化剂
富勒烯可以通过 清除自由基大幅 提高细胞的存活 率，起到抗衰老 的效果
未辐照对照组
加入富勒烯并辐照
未加富勒烯并辐照
抗氧化保护细胞-H2O2下细胞保护实验
b
实验意义：过氧化物是皮肤内自 由基产生的主要来源之一，也是 皮肤老化的主要原因。抗氧化剂 对暴露在过氧化物下的细胞保护 性可以直观的表达该产品的护肤 效果
富勒烯及其抗氧化性-抗氧化性
人体生化反应，电磁辐射，空气污染，吸烟喝 酒，精神压力，油脂分泌过多，过度日晒，劳 累，饮食污染……
过剩自由基产生氧化压力，引发各种问题
自由基
衰老
皱纹