富勒烯及其高分子化.ppt

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1、富勒烯及其高分子化马彩霞2011110165目录概述富勒烯的制备C60的结构富勒烯的性质富勒烯的高分子化回顾与展望1.概述富勒烯（Fullerene）是20世纪80年代发现的新型球状分子。它全部由碳原子组成，是继石墨、金刚石之后，发现的第三种碳元素存在的晶体形态，其分子可概括为Cn，目前已知n最大可为540，这类分子被称之为富勒烯族。在种类繁多的富勒烯族中，人们对C60研究最为深入，因为它是其中稳定性最高的一种。由于它的结构特殊，并有奇特的物理、化学性质，C60及其化合物的研究已成为当前世界各国科学家研究的焦点和热点之一。Prof.SirH.W.Kroto1985年，克鲁托（Kr

2、oto）等获得了以碳六十为主的质谱图，富勒烯的发现克鲁托（Kroto）等受建筑学家富勒（Fulley）为1967年蒙特利尔万国博览馆美国馆的圆形拱顶结构的启发，提出了C60结构。为了纪念此事，克鲁托便把碳六十以巨蛋建筑物的设计者巴克尼斯‐特富勒（BuckminsterFuller）之名來命名，所以称富勒烯。BuckminsterFuller'sDome这一发现轰动科学界，它不仅为碳的同素异形体家族增添了一名新的成员，更重要的是，这个意料之外的发现开辟了化学研究的新领域，由此H.W.Kroto、R.F.Curl和R.E.Smalley这三位科学荣获1996年诺贝尔化学奖。结构特点碳

3、六十由60个碳原子构成球形32面体，它含有12个正五边形面和20个正六边形面，60个顶点全部由60个碳原子占据，每个碳原子都处在一个五边形和两个六边形的连接点上。命名富勒烯（学名），又称足球烯、碳六十、又译巴基球、巴克球（BuckyBall），英文为BuckminsterFuller，简称Fullerene。结构和命名电弧放电法激光辐射法苯火焰燃烧法太阳能加热法高频加热蒸发石墨法高能感应热等离子法电子束辐照法其他方法富勒烯的制备高分子合成新技术2.富勒烯的制备3.富勒烯的物理性质1.富勒烯的溶解性质2.富勒烯的超导性质3.富勒烯的光学性质溶解性富勒烯在脂肪烃中的溶解性随溶剂分子的

4、碳原子数增大而增大，但一般溶解性较小。在苯和甲苯中有良好的溶解性，而在二硫化碳（CS2）中的溶解度很大。但是由于CS2的毒性较大，因此一般不使用。目前用于溶解C60最常用的溶剂为甲苯。超导性C60在室温下是分子晶体，本身是不导电的绝缘体，但当碱金属嵌人C60分子之间的空隙后，C60与碱金属的系列化合物将转变为超导体，如K3C60即为超导体，且具有很高的超导临界温度。与氧化物超导体比较，C60系列超导体具有完美的三维超导性，电流密度大，稳定性高，易于展成线材等优点，是一类极具价值的新型超导材料。光学性质C60分子中存在的三维高度非定域电子共轭结构使得它具有良好的光学及非线性光学性能

5、。富勒烯具有非线性光学性质--当光线透射富勒烯球体时，其折射方向依光的强度而变化。研究发现，C60和C70的甲苯溶液能够透射相对低光强的光，但是能阻止通过超过某一临界光强的光，而且处于激发态的C60分子比处于基态的C60具有更好的吸光性。4.富勒烯的化学性质由于C60的共轭Л键是非平面的，环电流较小，芳香性也较差，显示不饱和双键的性质，易于发生加成、氧化等反应。C60的中空球形结构使得它在内外表面都能发生反应。从而得到各种功能化的C60衍生物。富勒烯的光敏化反应富勒烯的亲核加成反应富勒烯的聚合反应富勒烯的亲电加成反应富勒烯与金属的反应富勒烯的氧化反应富勒烯的还原反应富勒烯与自由基

6、的反应化学性质一种是金属包含于富勒烯笼内部，另一种是金属与富勒烯的笼外壁发生反应。现在制备金属富勒烯包含物广泛采用的是电弧技术和电阻加热技术，即将金属或金属氧化物、石墨粉、胶黏剂（沥青、精糊）填塞到石墨棒中，高温处理后，在标准富勒烯反应器上作正极放电，可得到宏观量的多种金属的富勒烯包含物。如K3C60K3C60富勒烯与金属的反应富勒烯的氧化还原反应由石墨气化法制备的富勒烯含有氧化富勒烯C60On(n≤5)，这是由于反应器中有少量氧分子存在所致。光氧化C60也可生成C60O。用氧饱和的C60苯溶液在室温下以石英灯照射18h得到7%的纯C60O。质谱分析中最强的分子离子峰为736，与

7、C60＋O(720＋16)对应。红外光谱研究表明C60O中O与两个碳原子形成了环氧三元环。C60可以像烯烃一样用OsO4氧化，生成C60的锇酸酯。该反应是由砒啶加成物或在砒啶存在的条件下与化学计量的OsO4反应来完成:C60＋OsO4＋2C5H5N[Os(O)2(py)2(OC60O)]C6H5CH3，0～25℃富勒烯与自由基的反应C60同许多烯烃一样，也具有很强的和自由基反应的能力。它可和1~15个苄基，1~34个甲基生成自由基和非自由基的加合物，C60的这种性质使它获得了“自