富勒烯材料课件.ppt

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1、富勒烯材料的简介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体作N型半导体网球拍富勒烯外包装你知道吗？富勒烯在生活中无处不在富勒烯材料目录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的空心球状结

2、构（如下图），由于它是由60个碳原子组成的，所以称它为C60，同时将具有相似结构的这一类物质（如C36、C70，C180等）命名为富勒烯。富勒烯的命名C36C60C70C1802.富勒烯材料的历史早在1965年，二十面体C60H60被认为是一种可能的拓扑结构。20世纪60年代科学家们对非平面的芳香结构产生了浓厚的兴趣，很快就合成了碗状分子碗烯（Corannulene）。日本科学家大泽映二想到，也许会有一种分子由sp杂化的碳原子组成，比如将几个碗烯拼起来的共轭球状结构，实现三维芳香性。他开始研究这种球状分子，不久他得出这种结构可以由截

3、去一个二十面体的顶角得到，并称之为截角二十面体，就像足球的拼皮结构那样。大泽虽然在1970年就预言了C60分子的存在，但遗憾的是，由于语言障碍，他的两篇用日文发表的文章并没有引起人们的普遍重视，而大泽本人也没有继续对这种分子的研究，因而使得C60的发现已经是15年以后的事了。2.富勒烯材料的历史1996年，诺贝尔化学奖授予来自英国的HaroldKroto和美国得克萨斯州的RichardSmalley和RobertCurl，以表彰他们在1985年的发现巴基球-富勒烯，即C60和C70。3.富勒烯材料的制备与提纯富勒烯的制备：大量低成本

4、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、激光法等。3.富勒烯材料的制备与提纯电弧法：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

5、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。3.富勒烯材料的制备与提纯制备富勒烯所用直流电弧炉3.富勒烯材料的制备与提纯燃烧法苯、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。3.富勒烯材料的制备与提纯富勒烯的提纯：是获得无杂质富勒烯化合物的过程。制造富勒烯的粗产品，即烟灰中通常是以C60为主，C70为辅的混合物。实验室常用的富勒烯提纯步骤

6、是：从富含C60和C70的烟尘中先用甲苯索氏提取，然后纸漏斗过滤。蒸发溶剂后，剩下的部分（溶于甲苯的物质）用甲苯再溶解，再用氧化铝和活性碳混合的柱色谱粗提纯，第一个流出组分是紫色的C60溶液，第二个是红褐色的C70，此时粗分得到的C60或C70纯度不高，还需要用高效液相色谱来精分。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

7、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4.富勒烯的种类富勒体（Fullerites）：是富勒烯及其衍生物的固态形态的称呼巴克球：DFT计算得到C60的电子基态在整个球上等值的内嵌富勒烯：是将一些原子嵌入富勒烯碳笼而形成的一类新型内嵌富勒烯5.富勒烯的结构和性质富勒烯结构:在数学上，富勒烯的结构都是以五边形和六边形面组成的凸多面体。最小的富勒烯是C20，有正十二面体的构造。没有22个顶点的富勒烯，之后都存在C2n的富勒烯，n=12、13

8、、14……所有富勒烯结构的五边形个数为12个，六边形个数为n-10。5.富勒烯的结构和性质C60的分子结构为球形32面体，它是由60个碳原子通过20个六元环和12个五元环连接而成的具有30个碳碳双键的足球状空心对称分子，所以，富勒烯也