材料学概论

C60在甲苯溶液中的紫外-可见吸收谱 。浓度:0.052mmol/L。测试仪器： JASCO V570。
自从1985发现富勒烯之后，不断有新结构的富勒烯被预 言或发现，并超越了单个团簇本身。
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。 纳米“洋葱”：多壁碳层包裹在巴基球外部形成球状颗 粒，可能用于润滑剂； 球棒相连二聚体：两个巴基球被碳链相连； 富勒烯环。
制备方法



大量低成本地制备高纯度的富勒烯是富勒烯研究的基 础，自从克罗托发现C60以来，人们发展了许多种富勒 烯的制备方法。目前较为成熟的富勒烯的制备方法主 要有电弧法、热蒸发法、燃烧法和化学气相沉积法等。 电弧法 一般将电弧室抽成高真空，然后通入惰性气体如氦气。 电弧室中安置有制备富勒烯的阴极和阳极，电极阴极 材料通常为光谱级石墨棒，阳极材料一般为石墨棒， 通常在阳极电极中添加铢、镍、铜或碳化钨等作为催 化剂。当两根高纯石墨电极靠近进行电弧放电时，炭 棒气化形成等离子体，在惰性气氛下小碳分子经多次 碰撞、合并、闭合而形成稳定的C60及高炭富勒烯分子， 它们存在于大量颗粒状烟灰中，沉积在反应器内壁上， 收集烟灰提取。电弧法非常耗电、成本高，是实验室 中制备空心富勒烯和金属富勒烯常用的方法。 燃烧法 苯、甲苯在氧气作用下不完全燃烧的碳黑中有C60和 C70，通过调整压强、气体比例等可以控制C60与C70的 比例，这是工业中生产富勒烯的主要方法。
富勒烯
Fullerene
材料学概论 第一组
简介

富勒烯（英语：Fullerene）是一种完全由碳组成的中 空分子，形状呈球型、椭球型、柱型或管状。富勒烯在 结构上与石墨很相似，石墨是由六元环组成的石墨烯层 堆积而成，而富勒烯不仅含有六元环还有五元环，偶尔 还有七元环 1985年英国化学家哈罗德· 沃特尔· 克罗托博士和美国科学家理查德· 斯莫利在莱斯大学制备出了第一种富勒烯，即[60]富勒烯分子，因为 这个分子与建筑学家巴克明斯特· 富勒的建筑作品很相似，为了表达对 他的敬意，将其命名为巴克明斯特· 富勒烯。饭岛澄男早在1980年之前 就在透射电子显微镜下观察到这样洋葱状的结构。自然界也是存在富 勒烯分子的，2010年科学家们通过史匹哲太空望远镜发现在外太空中 也存在富勒烯。 “也许外太空的富勒烯为地球提供了生命的种子”。 在富勒烯的发现之前，碳的同素异形体的只有石墨、钻石、无定形 碳（如炭黑和炭），它的发现极大地拓展了碳的同素异形体的数目。 巴基球和巴基管独特的化学和物理性质以及在技术方面潜在的应用， 引起了科学家们强烈的兴趣，尤其是在材料科学、电子学和纳米技术 方面
富勒烯的今生前世







早期科学进展年谱 1971年，大泽映二发表《芳香性》一书，其中描述了C60分子的设想。 1980年，饭岛澄男在分析碳膜的透射电子显微镜图时发现同心圆结构，就像切开 的洋葱，这是C60的第一个电子显微镜图。[ 1983年，克罗托蒸发石墨棒产生的碳 灰的紫外可见光谱中发现215nm和265nm的吸收峰，他们称之为“驼峰”；后来 他们推断这是富勒烯产生的。 1984年，富勒烯的第一个光谱证据是在1984年由美国新泽西州的艾克森实验室的 罗芬等人发现的，但是他们不认为这是C60等团簇产生的。 1985年，英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托博士和美国科学家理查德·斯莫利等人 在氦气流中以激光汽化蒸发石墨实验中首次制得由60个碳组成的碳原子簇结构分 子C60，并推测这个团簇是球状结构。 1990年，克利斯莫（Kriischmer）等人第一次报道了大量合成C60的方法，才使得 C60的研究得以大量展开。 1991年，加州大学洛杉矶分校的霍金斯（Joel Hawkins）得到了富勒烯衍生物的第 一个晶体结构，标志着富勒烯结构被准确测定。 1995年，伍德（Fred Wudl）制备出开孔富勒烯；而PCBM也被他首次制备。 1996年，罗伯特·科尔（美）、哈罗德·沃特尔·克罗托（英）和理查德·斯莫利（美） 因富勒烯的发现获诺贝尔奖。
应用



护肤品 由于富勒烯能够地亲和自由基，因此个别商家将水溶性富勒烯分散于化妆 品，但是效果一般且价格昂贵。 多元体研究 富勒烯衍生物与卟啉、二茂铁等富电子基团共价或非共价形成多元体，用 于研究分子内能量、电荷转移、光致能量和电荷转移。 有机太阳能电池 自1995年俞刚博士将富勒烯的衍生物PCBM（[6,6]-phenyl-c61-butyric acid methyl ester，简称PC61BM或PCBM）用于本体异质结有机太阳能电 池以来，有机太阳能电池得到了长足的发展，其中有三家公司已经将掺杂 PCBM的有机太阳能电池商用，迄今大部分有机太阳能电池以富勒烯做为 电子受体材料。[

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性质
富勒烯在大部分溶剂中溶得很差，通常用芳香性溶剂， 如甲苯、氯苯，或Hale Waihona Puke Baidu芳香性溶剂二硫化碳溶解。纯富勒烯 的溶液通常是紫色，浓度大则是紫红色
导电性：在可以大量生产C60后其很多性质被发现，很 快Haddon等人发现碱金属掺杂的C60 有金属行为， 1991年发现钾掺杂的C60在18K时有超导行为 这是迄今 最高的分子超导温度，之后大量的金属掺杂富勒烯的超 导性质被发现[]。研究表明超导转化温度随着碱金属掺杂 富勒烯的晶胞体积而升高。 热力学性质 化学性质 毒性和安全性