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(huì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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)