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1、第24卷第4期山 西 化 工Vol.24No.42004年11月SHANXICHEMICALINDUSTRYNov.2004综述与论坛富勒烯C60物理、化学性质的研究进展李红晋(太原科技大学化学与生物工程学院,山西 太原 030021)摘要:介绍了富勒烯的发现、结构及制备方法,比较详尽地阐述了富勒烯在有机溶剂中的溶解性、光学性质、磁性等物理性质以及与金属反应、氧化还原反应、加成反应等化学性质。关键词:C60;富勒烯;物理性质;化学性质中图分类号:O613.71 文献标识码:A 文章编号:100427050(2004)0420011203
2、1985年C60的发现是人类对碳认识的新阶段, 研究与应用C60的一个关键是C60的制备。自从是科学上的重要发现。英国的Kroto教授和美国的1990年Krastchmer等人发明用电弧法大量合成Smalley教授、Curl教授等3人在对石墨进行激光C60获得成功以来,人们探索出许多生产富勒烯及其蒸发时,发现了这个全部由60个碳原子构成而且碳衍生物、碳纳米管的新方法。主要有:电弧法、催化原子个数为偶数的足球状碳族分子,为此三位科学法、微空模板法、等离子束轰击法、激光法、电解合成家获得了1996年诺贝尔化学奖。C60是由12个五边法、碳氢合
3、成法以及高温高压法提取富勒烯及其衍形和20个六边形组成的球形32面体,每个碳原子生物等。目前仍以电弧法为最有效、成本最低的方2以非标准sp杂化轨道与3个碳原子相连,剩余p法。我国有中国科学院化学所、北京大学、清华大学、轨道在C60的球壳外围和内腔形成球面键,代表了一中国科学院物理研究所、浙江大学、复旦大学、南京类特殊的芳香体系。因而,人们通常把它称之为富勒大学等开展的C60合成和相关研究,并取得一些实质[1,2]烯、球烯、球壳烯或巴氏碳球。性进展,例如在大块C60单晶培养,C60、C70的光学性C60的特殊结构形成了它的独特的理化性质,使质
4、,C60的结构理论研究等在国际上产生了重要影它具有深黄、棕色到黑色的外观,密度小,易升华,不响。1991年7月,美国麻省理工学院Howard等人导电[4],比金刚石活泼等特性,以及具有高的电子亲和提出了火烟法。该法是将预先混合的苯蒸气和氧力(2.6eV～2.8eV)和低的还原势(—0.61eV)的气,经氩气稀释后引入装有观测窗光学探针和真空性质。尤其在1990年Krastchmer等发现用碳电弧泵的低压燃烧室中,在冷水式燃烧器上产生火焰。与法获得宏观量富勒烯,从而使多功能全碳分子的研电弧法相比,C60明显提高,如果对本法进行工业化究全面展开
5、,并得到了迅猛发展。现在的研究已涉及放大,那么就能开辟大规模合成C60的途径。到有机化学、无机化学、生命科学、材料科学、高分子2C60的研究及其应用科学、催化科学、电化学、超导体与铁磁体研究等众多学科及应用研究领域,并日益展示出重要的研究2.1C60的物理特性[3]价值和巨大的应用潜力。2.1.1C60的溶解性[5]1C60的制备方法1992年,Sivaraman等首次于303K下考察了C60在不同有机溶剂中的溶解性,发现在芳香溶剂收稿日期:2004207228[6]中的溶解度明显优于脂肪族,之后Ruoff等在室作者简介:李红晋,男,196
6、5年出生,1989年毕业于山西大学化学系,讲师。研究方向:富勒烯C60。温下考察了C60在47种有机溶剂中的溶解度后又发©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.·12·山 西 化 工2004年11月3+3+现C60不溶于强极性溶剂。由于C60分子有高度的对Fe、Co、稀土离子等放入C60球形笼体内,将对称性,是非极性分子,根据相似相溶的原理,芳香溶C60的磁学性质产生一定的影响。这方面的研究已引剂的溶解性大一些,但溶解速度并不快。XuZhu2起科学家的极大
7、兴趣。[7]de等发现:C60在环己烷中溶解度随温度的升高而2.2C60的化学性质增大,在己烷、甲苯、二甲苯中随温度升高而降低。这随着对C60的结构和物理性能的研究,各国科学说明可能还有其他重要的相互作用(CTC的形成家对C60的化学性质方面也作了大量的研究。等)。2.2.1 与金属的反应2.1.2C60的光学特性C60与金属的反应分为两种情况:一种是金属被置1991年,Arbogast等首次尝试了在室温除氧的于C60碳笼的内部;另一种是金属位于C60碳笼的外部。己烷和苯中的C60荧光测量。之后Kim等在室温除1)C60碳笼内配合物生成反应
8、。C60碳笼为封闭的中空的多面体结构,其内腔直径为7.1A,内部可嵌入原氧的甲苯中观测到了C60的荧光。1993年,Catalan子、离子或小分子形成新的团簇分子,C60+A等在
