我国c60和碳纳米管的研究进展[1]

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1、我国C60和碳纳米管的研究进展李玉良　徐菊华　朱道本　　摘　要　自从C60富勒烯、碳纳米管被发现和大量制备以来的十几年，由于其独特的分子结构和化学、物理性质，使它们成为目前研究的热点。在这十几年里，我国在这些方面的研究取得了一些重要的研究成果。本文从我国在富勒烯的制备和分离，理论计算，富勒烯的化学修饰，富勒烯在电、磁、光材料中的应用，富勒烯金属包合物的研究以及碳纳米管的研究等方面进行了回顾。　　关键词　富勒烯　碳纳米管　化学修饰　　Abstract　Fullereneandnanocarbontubehavemadeonetotallynovelissuessince

2、theywerediscoveredandprepared.Duetotheiruniquemolecularstructureandunusualchemicalandphysicalproperties,manystudiesfocusonthem.Inthelasttenyearsperiod,thestudiesoffullereneandnanocarbontubeinChinahavebeenmademanyimportantachievements.Thesubjectofthepaperistoreviewpreparationandseparatio

3、noffullerene,theoreticalcalculation,chemicalmodificationoffullerene,applicationoffullereneasmaterialsinelectron,magnet,lightandstudiesofnanocarbontubeetal.　　Keywords　［60］Fullerene,Nanocarbontube,Chemicalmodification　　1985年C60的发现是人类对碳认识的新阶段，是科学上的重要发现。美国科学家Curl和Smalley教授及英国科学家Kroto教授为此获得1

4、996年诺贝尔化学奖［1］。C60的发现使我们了解到一个全新的碳化学世界。从平面低对称性分子到全对称的球形分子，从简单分子到富勒烯笼内包原子的超分子，从一维超导到三维超导，从平面的石墨到一维管状的碳纳米管等方面。C60被发现的短短10多年来，富勒烯已经广泛地影响到物理、化学、材料科学、生命及医药科学各领域，极大丰富和提高了科学理论，同时也显示出巨大的潜在应用前景。　　在过去的10多年中，特别是1990年Kratschmer［2］用电弧法宏观量合成富勒烯成功后，富勒烯的研究迅速发展并取得了重要成果。我国的富勒烯研究是世界起步较早的国家之一，在这10年中，取得了很好的成果

5、。下面我们从以下方面对我国富勒烯和碳纳米管的研究情况作一回顾和展望。1　富勒烯的合成和分离　　从1990年年底，中国科学院化学研究所和北京大学就开始了C60团簇的合成研究，并相继发表了C60和C70制备与分离的文章［3］。分离得到的C60纯度可达到99.9%，C70可达98%以上。而后中国科学院物理研究所、浙江大学、复旦大学、南京大学等也开展了C60的相关研究。我国对富勒烯的早期研究获得了一系列重要的突破性进展，例如在大块C60单晶的培养，C60、C70的光学性质，唐敖庆先生开展的富勒烯理论研究，以及利用X-光衍射，高分辨电子显微镜和STM研究了C60的结构等，在国际

6、上产生了重要影响。　　北京大学首先建立了重结晶分离C60和C70的方法，回收率高、设备简单、适应大规模生产，并于1993年通过国家自然科学基金委员会的鉴定，获得了2项发明专利。除C60和C70外，北京大学还用重结晶法分离得到克量级C76、C78、C84的混合物及100多毫克含量90％以上的C84。南京大学还报道了利用C60、C70及高碳富勒烯与AlCl3的较大复合差异快速分离出高纯C60的方法。2　理论计算研究　　1985年C60发现以后，首先是理论化学家对C60的结构和稳定性进行了大量工作。在我国以唐敖庆教授为首的吉林大学理论化学研究所对碳笼形团簇进行了一系列的理论

7、研究工作［4］。最早提出多面体碳团簇与多面体硼笼团簇的几何上的共轭关系，系统地推导出可能存在的高对称性碳笼团簇的碳原子数的一般公式。并且从几何上说明了如何在同一对称下，由小共轭笼烯生成大共轭笼烯的几何关系。在这些工作的基础上，唐敖庆教授按高碳原子簇所属点群的性质，特别是对高对称性的Ih、Oh、Ta群分子利用其所属群的所有群元素，引入代表区和不可约表示矩阵投影算符方法，将体系的Huckel近似下的πHamilton算符进行了彻底的约化，建立了统一的简化计算方法，得到各类对称性碳笼烯的代表区原子分布结构的一般表达式，从而方便地计算碳笼团簇的π电子结构。在