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论文富勒烯的研究进展 论文富勒烯的研究进展 富勒烯的研究进展 摘要：富勒烯发现至今只有短短 20 年时间,由于其独特的结构和物理、化学 性质,吸引了众多科学家的目光,因此在这 20 年中,使得 C60 化学得到了很大的 发展.文章综述了富勒烯的几种合成方法，并阐述了目前常用的应用现状，最后 对其未来的发展作了展望。 关键词： 无机富勒烯 碳纳米管 结构富勒烯 C90 生物富勒烯 硅富勒烯电弧法 芳烃分步 凝聚相 Abstract: the fullerenes found so far only a short span of 20 years, because of its unique structure and physical and chemical properties, attracted the attention of many scientists, so in these 20 years, makes the C60 chemical got great development. The article summarizes the several synthetic methods of fullerenes, and expounds the present situation of the application of commonly used at present, finally made a prospect for its future development. 引言：富勒烯的发现始于 1985 年 Kroto 等【1】在高真空环境下激光溅射石 墨的研究。利用这种方法只能产生数以千计的富勒烯分子,根本无法进行富勒烯 详细的性质表征研究, 当然更谈不上应用。 1990 年,Krastchmer 等【2】发明了低 压氦气环境下石墨电极电弧放电法合成富勒烯,能够得到克量级的 C60 产物。由 于富勒烯特殊的结构和性能,在材料、化学、超导与半导体物理、生物等学科和 激光防护、催化剂、燃料、润滑剂、合成、化妆品、量子计算机等工程领域具有 重要的研究价值和应用前景。1991 年富勒烯被美国《科学》杂志评为年度分子, 富勒烯被列为 21 世纪的新材料。此后,科学家经过不断的探索和研究,发明了更 多生产富勒烯的方法,例如连续石墨电极放电法、激光配合高温石墨棒蒸发法 、 引入铁磁性金属催化剂法【4、5】 、高温等离子体石墨蒸发法【6、7】,苯高温火 焰燃烧法【8-10】等。 而且富勒烯在日常生活中的应用越来越广泛, 因而富勒烯产品 在未来社会具有很好的发展前景。 1.富勒烯的结构 因为 C60 是富勒烯家庭 中相对最容易得到、最容易提纯和最廉价的各类，因此 C60 及其衍生物是被研究和应用最多的富勒烯。 通过质谱分析、X 射线分析后证明，C60 的分子结构为球形 32 面体[12]，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[13]，所以，富勒烯也被称为足球烯。C60 是高度的 Ih 对称， 高度的离域大π 共轭，但不是超芳香体系，它的核磁共振碳谱只有一条谱线，但 是它的双键是有两种，它有 30 个六元环与六元环交界的键，叫[6,6]键，60 个 五元环与六元环交界的键，叫[5,6]键。[6,6]键相对[5,6]键较短，C60 的 X 射线 单晶衍射数据表明， [6,6]键长是 135.5 皮米， [5,6]长键是 146.7 皮米， 因此[6,6] 有更多双键的性质，也更容易被加成，加成产物也更稳定，而且六元环经常被看 作是苯环，五元环被看作是环戊二烯或五元轴烯[14-17]。C60 有 1812 种个异构体。 C60 及其相关 C70 两者都满足这种所谓的孤立五角规则（IPR）。而 C84 的异构 体中有 24 个满足孤立五角规则的，而其他的 51568 个异构体则不满足孤立五角 规则，这 51568 为非五角孤立异构体，而不满足孤立五角规则的富勒烯迄今为 止只有几种富勒烯被分离得到， 比如分子中两个五边形融合在顶尖的一个蛋形笼 状内嵌金属富勒烯 Tb3NaC84。 或具有球外化学修饰而稳定的富勒烯如 C50Cl10，以及 C60H8。理论计算表明 C60 的最低未占据轨道（LUMO）轨道是一个三重简并轨道， 因此它可以得到至少六个电子， 常规的循环伏安和差示脉冲伏安法检测只能得到 4 个还原电势，而在真空条件下使用乙腈和甲苯的 1:5 的混合溶剂可以得到六个 还原电势的谱图。 2.富勒烯的分类 （1）无机富勒烯[18] R.Tenn