富勒烯

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1、富勒烯富勒烯（Fullerene) 是一种碳的同素异形体.任何由碳一种元素组成, 以球状, 椭圆状, 或管状结构存在的物质, 都可以被叫做富勒烯.富勒烯与石墨结构类似, 但石墨的结构中只有六元环, 而富勒烯中可能存在五元环. C60是于1985年由Richard Buckminster Fuller发现的第一个富勒烯, 又被称为足球烯. 这是因为C60的表面结构与足球完全一致. 富勒烯这个名称也由Fuller 而来, 而我们一般用Buckminster fullerene 指足球烯.性质 密度和溶解性C60的密度为1.7g/cm。C60不溶于水，在正己烷、苯、二硫化碳、四氯化碳等非极性溶剂中有

2、一定的溶解性。 导电性碳原子本具有导电性，而C60分子的导电性优于铜，重量只有铜的六分之一， 一个巴克球分子相当于一纳米，可谓极微小，它的导电性来自奇特的分子结构并非靠其他原子， 可见不久的将来人类世界将诞生非金属电缆、非金属电路板.等富勒烯产品。 结构克罗托受建筑学家理查德巴克明斯特富勒（RichardBuckminsterFuller，1895年7月12日1983年7月1日）设计的美国万国博览馆球形圆顶薄壳建筑的启发，认为C60可能具有类似球体的结构，因此将其命名为buckminster fullerene（巴克明斯特富勒烯，简称富勒烯）。 富勒烯是一系列纯碳组成的原子簇的总称。它们是由非

3、平面的五元环、六元环等构成的封闭式空心球形或椭球形结构的共轭烯。现已分离得到其中的几种，如C60和C70等。在若干可能的富勒烯结构中C60，C240，C540和直径比为1:2:3。C60的分子结构的确为球形32面体，它是由60个碳原子以20个六元环和12个五元环连接而成的具有30个碳碳双键（C=C）的足球状空心对称分子，所以，富勒烯也被称为足球烯。球体直径约为710pm，即由12个五边形和20个六边形组成。其中五边形彼此不相联接只与六边形相邻。与石墨相似，每个碳原子以sp2杂化轨道和相邻三个碳原子相连，剩余的p轨道在C60分子的外围和内腔形成键。(补充：C60双键数的计算方法由于每个孤立的碳原

4、子周围有三个键（一个双键，两个单键）。而每个键却又是两个碳原子所共有，因此棱数=603（1/2）=90由于单键数+双键数=总棱边数 单键数=2双键数（即单键数为双键数的2倍）设单键数为a个，双键数为b个，则a+b=90 a=2b 所以b=30） 其他 各种富勒烯的结构C60分子具有芳香性，溶于苯呈酱红色。可用电阻加热石墨棒或电弧法使石墨蒸发等方法制得。C60有润滑性，可能成为超级润滑剂。金属掺杂的C60有超导性，是有发展前途的超导材料。C60还可能在半导体、催化剂、蓄电池材料和药物等许多领域得到应用。C60分子可以和金属结合，也可以和非金属负离子结合。当碱金属原子和C60结合时，电子从金属原子

5、转到C60分子上，可形成具有超导性能的MxC60，其中M为K，Rb,Cs；x为掺进碱金属原子的数目。K3C60在18K以下是超导体，在18K以上是导体，掺进原子数可达6个，K6C60是绝缘体。C60是既有科学价值又有应用前景的化合物，在生命科学、医学、天体物理等领域也有定的意义。富勒烯的成员还有C78、C82、C84、C90、C96等也有管状等其他形状 编辑本段预言及发现1985年,英国化学家哈罗德沃特尔克罗托博士（Sir Harold Walter Kroto，1939年10月7日）和美国科学家理查德埃里特史沫莱（Sir Richard Errett Smalley，1943年6月6日）他们

6、用大功率激光束轰击石墨使其气化，用1MPa压强的氦气产生超声波，使被激光束气化的碳原子通过一个小喷嘴进入真空膨胀，并迅速冷却形成新的碳原子，从而得到了C60。C60的组成及结构已经被质谱，X射线分析等实验证明。此外，还有C70等许多类似C60分子也已被相继发现。为此，克罗托博士获得1996年度诺贝尔化学奖。 编辑本段应用 东京湾金字塔城工业富勒烯是一种新发现的工业材质， 它的特性： 1.硬度比钻石还硬 2.轫度(延展性)比钢强100倍 3.它能导电，导电性比铜强，重量只有铜的六分之一 4.它的成分是碳，所以可从废弃物中提炼可想像我们的未来生活中将有“无金属电线”“富勒烯(非金属)钢筋的建筑物”

7、 “富勒烯防弹背心”“富勒烯汽车壳”.构想中的“东京湾金字塔城”亦将富勒烯列为主要建材，纳米巴克管(富勒烯)分子可无限延伸(巴克管长度越长，其原子数越多，所以巴克管的原子数不一定是C60)，且巴克管分子是碳原子自动组合而成。 包裹金属 电、光、磁 C60本身的对称性决定了C60自身有非线性光学性质。作为一种新的化合物，研究其电、磁、光等应用是非常重要的，实际上C60就是因为掺杂碱金属在一定条件下具有超导电性，其电荷转移复合物有铁磁性而引起人们极大兴趣和关注。1991年北京大学化学系和物理系在国内首次获得了K3C60和Rb3C60超导体，超导转变温度为18K和28K，其超导相达75%，达到了当时

8、国际先进水平。1993年他们成功制备了K3C60外延超导膜，其Tc=21K，Jc=510A / cm。1994年后有关C60超导研究，国内外都处于更深入的艰难阶段。C60的磁学研究实际上从其超导性开始的。C60家族分子是三维电子离域的化合物，有良好的非线性光学效应。北京大学测定了C60、C70的非线性光学系数，并利用飞秒技术研究了C60的光克尔效应，证实了C60的非线性效应起源于的电子，并研究了C60电荷转移复合物的非线性性质。在研究C60甲苯溶液的光限制效应时，他们首先发现了反饱和吸收过程的饱和现象，并给出了理论解释。中科院化学研究所在对C60进行化学修饰后进行PVK掺杂，发现了一全新的光导体体系，此体系暗导小，放电迅速，且完全具有重要的潜在应用价值。另外，他们还发现了一类新的光限幅材料，此材料在线性透过率高达80%的条件下，其限幅幅值为300mJ/cm，具有潜在实用价值。 编辑本段展望 碳纳米管中的富勒烯富勒烯由于其独特的结构和化学物理性质，已对化学、物理、材料科学产生了深远的影响，在应用方面显示了诱人的前景。随着研究的不断深入，碳原子簇将要给人类带来巨大的财富。