C60 - 99.9％

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富勒烯介紹

    富勒烯（Fullerene) 是一種碳的同素異形體。任何由碳一種元素組成，以球狀，橢圓狀，或管狀結(jié)構(gòu)存在的物質(zhì)，都可以被叫做富勒烯。富勒烯與石墨結(jié)構(gòu)類似，但石墨的結(jié)構(gòu)中只有六元環(huán)，而富勒烯中可能存在五元環(huán)。1985年Robert Curl等人制備出了C₆₀。1989年，德國科學(xué)家Huffman和Kraetschmer的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了C₆₀的籠型結(jié)構(gòu)，從此物理學(xué)家所發(fā)現(xiàn)的富勒烯被科學(xué)界推向一個(gè)嶄新的研究階段。富勒烯的結(jié)構(gòu)和建筑師Fuller的代表作相似，所以稱為富勒烯。

　　C₆₀分子作為富勒烯家族的突出代表，由60個(gè)碳原子以20個(gè)六元環(huán)和12個(gè)五元環(huán)連接而成的球形32面體，非常接近足球的結(jié)構(gòu)，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和奇異性質(zhì)備受各國科學(xué)家的關(guān)注。迄今為止，C₆₀的研究已涉及到能源、激光、超導(dǎo)體與鐵磁體、生命科學(xué)、材料科學(xué)、高分子科學(xué)、催化等眾多學(xué)科和應(yīng)用研究領(lǐng)域，并越來越顯示出巨大的潛力和重要的研究價(jià)值及應(yīng)用價(jià)值。

富勒烯及其應(yīng)用

    富勒烯由于其優(yōu)異的自由基捕捉、光吸收、超導(dǎo)半導(dǎo)體、**結(jié)構(gòu)、DNA親和、電子受體、高效吸附、內(nèi)嵌分子等特性(或功能)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到日用化妝品、醫(yī)藥中間體、保健品、橡膠/薄膜材料改性劑、高新能源、復(fù)合材料添加劑等諸多領(lǐng)域。

富勒烯（fullerene）是繼石墨、金剛石之后發(fā)現(xiàn)的碳的第三種同素異形體，是具有籠狀結(jié)構(gòu)碳原子團(tuán)簇的統(tǒng)稱。1985年，美英等三位科學(xué)家Kroto、Curl、Smally等人發(fā)現(xiàn)了C60富勒烯并確定了它的分子結(jié)構(gòu)，此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)獲得了1996年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。C60分子作為富勒烯家族的突出代表，由60個(gè)碳原子以20個(gè)六元環(huán)和12個(gè)五元環(huán)連接而成的球形32面體，非常接近足球的結(jié)構(gòu)。獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)使富勒烯在光電、力學(xué)、超導(dǎo)、生物醫(yī)藥、催化等多個(gè)領(lǐng)域都顯示出極為誘人的應(yīng)用前景，富勒烯已經(jīng)成為一類備受關(guān)注的新型碳納米材料。

1 物理性質(zhì)（物理參數(shù).pdf）
1.1 顏色與性狀
 　　C60在室溫下為紫紅色固態(tài)分子晶體，有微弱熒光。

1.2 分子大小
　　C60分子的直徑約為7.1埃。

1.3 密度
　　C60的密度為1.68g/cm³。

1.4 溶解性
　　C60不溶于水等強(qiáng)極性溶劑，在正己烷、苯、二硫化碳、四氯化碳等非極性溶劑中有一定的溶解性。具體溶解度（鏈接表）

1.5 導(dǎo)電性
　　C60常態(tài)下不導(dǎo)電。因?yàn)镃60大得可以將其他原子放進(jìn)它內(nèi)部，并影響其物理性質(zhì)，因而不可導(dǎo)電。

1.6 超導(dǎo)性
　　1991年，赫巴德(Hebard）等首先提出摻鉀C60具有超導(dǎo)性，超導(dǎo)起始溫度為18K，打破了有機(jī)超導(dǎo)體（Et)2Cu[N(CN)2]Cl超導(dǎo)起始溫度為12.8K的紀(jì)錄。不久又制備出Rb3C60的超導(dǎo)體，超導(dǎo)起始溫度為29k。摻雜C60的超導(dǎo)體已進(jìn)入高溫超導(dǎo)體的行列。研究顯示，這類材料是以晶格里的電洞來傳導(dǎo)電流（類似p型半導(dǎo)體），若加入其它分子（例如三溴甲烷）來拉長晶格間距，還可以有效地提升其超導(dǎo)相變溫度至117K。

1.7  磁性
　　阿勒曼(Allemand）等人在C60的甲苯溶液中加入過量的強(qiáng)供電子有機(jī)物四（二甲氨基）乙烯（TDAE），得到了C60(TDAE)C0.86的黑色微晶沉淀，經(jīng)磁性研究后表明是一種不含金屬的軟鐵磁性材料。居里溫度為16.1K，高于迄今報(bào)道的其它有機(jī)分子鐵磁體的居里溫度。

2 化學(xué)性質(zhì)

2.1 周環(huán)反應(yīng)　　
　　富勒烯的[6,6]鍵可以與雙烯體或雙烯親和體反應(yīng)，如D-A反應(yīng)。[2+2]環(huán)加成可以形成四元環(huán)，如苯炔。1,3偶極環(huán)加成反應(yīng)可以生成五元環(huán)，被稱作Prato反應(yīng)。富勒烯與卡賓反應(yīng)形成亞甲基富勒烯。

2.2 加氫還原　　
　　富勒烯氫化有幾個(gè)容易的方法。氫化富勒烯如C60H18,C60H36。然而，完全氫化的C60H60僅僅是假設(shè)存在因?yàn)榉肿訌埩^大。高度氫化富勒烯不穩(wěn)定，富勒烯與氫氣直接反應(yīng)在高溫條件下的直接反應(yīng)會導(dǎo)致籠結(jié)構(gòu)崩潰，而形成的多環(huán)芳烴。

2.3 羥基化反應(yīng)　
　 富勒烯可以通過羥基化反應(yīng)得到富勒多醇（fullerenols）和富勒醇。其水溶性取決于其（富勒醇）分子中羥基數(shù)的多少。一種方法是富勒烯與稀硫酸和硝酸鉀反應(yīng)可生成C60(OH)15。另一種方法是在稀氫氧化鈉溶液的催化下反應(yīng)由TBAH增加24 到26個(gè)羥基。羥基化反應(yīng)也有過用無溶劑氫氧化鈉與過氧化氫和富勒烯反應(yīng)的報(bào)道。用過氧化氫與富勒烯的反應(yīng)合成C60(OH)8，羥基的**數(shù)量，可以達(dá)到36至40個(gè)。

2.4 氧化還原反應(yīng)
　 在光照的條件下將C60與O2反應(yīng)生成環(huán)氧化物C60O2，但這種環(huán)氧化物不穩(wěn)定，用礬土分離時(shí)能還原成C60。

2.5 加成反應(yīng)
　　C60可以與氫或鹵素單質(zhì)進(jìn)行加成。把其完全氫化便得絨毛（Fuzzyball），化學(xué)式為C60H60（加成進(jìn)的氫原子有可能C60在籠內(nèi)也可能在C60外部）。烷基自由基R可與C60反應(yīng)生成RC60加和物，RC60可生成C60直接鍵和啞鈴狀二聚體RC60-C60R。

2.6 親電加成
　富勒烯也可以發(fā)生親電反應(yīng)?？梢栽诟焕障┣蛲饧映?4個(gè)溴原子。*多親電加成紀(jì)錄保持者是C60F48。根據(jù)氟硅烷的結(jié)構(gòu)（在硅元素中）還難以預(yù)測C60F60是否可能有一些氟原子在"endo"位置（指富勒烯內(nèi)部），這種化合物是比起球型更類似于一個(gè)管狀的富勒烯分子。

2.7 配位反應(yīng)　　
　　富勒烯在有機(jī)金屬化學(xué)中作為配體。[6,6]雙鍵是缺電子的，通常與金屬成鍵的η= 2（配位化學(xué)中的常數(shù)）。鍵合模式如η= 5或η=6可以因作為配體的球狀富勒烯改變而改變。富勒烯和硫羰基鎢W(CO)6在環(huán)己烷溶液中，陽光直接照射下反應(yīng)生成的（η2-C60)5 W(CO)6。

2.8 內(nèi)嵌反應(yīng)
 　　指通過化學(xué)手段選擇性地切斷富勒烯骨架上的碳碳鍵來制備開孔富勒烯的反應(yīng)。開孔后就可能把一些小分子裝到碳球中，如氫分子、氦、鋰等。**個(gè)開孔富勒烯是在1995由Wudl等報(bào)道的。

2.9  反加成
  　　反加成反應(yīng)即Retro-Additions(RA）。研究表明，通過RA消去，取代基實(shí)現(xiàn)了他們的目的后便與富勒烯主體分離。

2.10 與金屬的反應(yīng)
　　C60與金屬的反應(yīng)分為兩種情況：一種是金屬被置于C60碳籠的內(nèi)部；另一種是金屬位于C60碳籠的外部:1)C60碳籠內(nèi)配合物生成反應(yīng)。C60碳籠為封閉的中空的多面體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)腔直徑為7.1埃，內(nèi)部可嵌入原子、離子或小分子形成新的團(tuán)簇分子，C60 + AC60(A）。Smalley等人現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)能與C60生成C60(A)的金屬有：K、Na、Cs、La、Ba、Sr、U、Y、Ce、Sm、Eu、Gd、Tb、Ho、Th等。除金屬外，He、Ne等惰性氣體及LiF、LiCl、NaCl等極性分子亦可移置C60籠中。2)C60碳籠外鍵合反應(yīng)。Ohno等人發(fā)現(xiàn)能與C60鍵合的金屬有：V、Fe、Co、Ni、Rh、Cu、La、Yb、Ag等。

工業(yè)應(yīng)用

1 作為抗氧化劑應(yīng)用于生物制藥和化妝品中
　　2005年，日本VC60 **款產(chǎn)品"Radical Sponge?上市，這是世界上首款含富勒烯抗氧化成分化妝品。緊接著，第二款產(chǎn)品"LipoFullerene?2009年上市。**代產(chǎn)品上市后的5年里，基于富勒烯的化妝品超過1000項(xiàng)。關(guān)于富勒烯具體作用（PDF）,更多信息請參考：
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2 潤滑油——微型小滾珠 
　　BARDAHL 公司技術(shù)人員經(jīng)過努力，開發(fā)出了一種含有C60衍生物的潤滑油BARDAHL C60 。使用時(shí)，富勒烯分子可作為微型球軸承分布在引擎表面，形成保護(hù)層，可以充分發(fā)揮引擎的潛力，減少金屬表面之間的磨損和腐蝕。更多信息請參考：

3 超硬碳素膜
　 超硬碳膜僅由碳組成，可由C60形成。相對于DLC膜，該膜具有以下優(yōu)良性能：
◆ 超高的硬度(Hv5000kg/mm²) 
　 僅次于鉆石，是DLC膜的2-3倍 
◆ 熱穩(wěn)定性高（500℃，無氧的氛圍）
　 該溫度的熱穩(wěn)定性能是DLC膜的兩倍。在空氣中，則為400℃ 
◆ 形態(tài)穩(wěn)定性 
　 形態(tài)較穩(wěn)定。因?yàn)槟ず鼙?< 0.5 micron)，處理溫度比較低(<100 oC)
　 更多信息請參考：;

應(yīng)用開發(fā)

1. 應(yīng)用于工程設(shè)施和個(gè)人防護(hù)用品中的新型材料的研發(fā) 
1) 用富勒烯修飾的聚合物制作特殊用途編織材料 (帆布、 繩索、 超堅(jiān)牢的織帶等）
2) 用富勒烯改性石墨作為抗輻射材料 
3) 浸漬聚合物形成高強(qiáng)度凝聚物 
4) 用富勒烯或碳納米管修飾的的光纖石墨作為航海增強(qiáng)材料 
5) 用于特殊的機(jī)械器具超硬材料(比鉆石更硬）

2. 應(yīng)用于改善機(jī)動車輛和其它機(jī)械的操作性能的產(chǎn)品研發(fā) 
1) 潤滑油添加劑，潤滑脂：大幅度減小摩擦器件間摩擦 
2) 防擦傷化合物：用于重型機(jī)械中小的零部件 
3) 復(fù)合材料：用于改善車輛高速剎車的和飛機(jī)大量散熱，提高其耐磨性率 
4) 改善材料磨損：用于干摩擦情況下 
5) 改性的木材和橡膠復(fù)合材料：用于輪轂和類似的軸承 
6) 潤滑和冷卻技術(shù)液體：提高加工工具的運(yùn)行壽命

3. 應(yīng)用于電氣工程中復(fù)合新材料的研發(fā) 
1) 高電流滑動觸點(diǎn)復(fù)合材料：延長使用壽命 ，例如在硬盤表面涂層 
2) 電極的熱改性材料：用于電池中 
3) 富勒烯插層，作為超導(dǎo)結(jié)構(gòu)的組件

4. 在光學(xué)和無線電-電子中復(fù)合新材料的研發(fā) 
1) 激光防護(hù)材料
2) 隱形材料 
3) 衛(wèi)星監(jiān)測設(shè)備材料：捕獲高分辨率的動態(tài)全息圖

5. 用于特殊用途材料和微電子方面 
1) 衍射信號分離材料：應(yīng)用于光纖網(wǎng)絡(luò)中 
2) 高度**的金剛石薄膜 
3) 先進(jìn)微傳感器材料 
4) 薄膜保護(hù)涂層：高耐磨性 
5) 亞微米級無機(jī)抗蝕劑 
6) 電光調(diào)制器，包括基于"光"的原理的多通道電光調(diào)制器的和調(diào)制器

6. 醫(yī)學(xué)新技術(shù)的發(fā)展 
1) 運(yùn)載材料： 內(nèi)包劇毒物質(zhì) 
2) 高效吸附劑：應(yīng)用于醫(yī)院防護(hù)醫(yī)療系統(tǒng)