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富勒烯的发现富勒烯的应用金属富勒烯学术动态

富勒烯的发现

   1984年,来英国萨塞克斯大学的波谱学家Kroto与美国莱斯大学的Smalley和Curl共同合成富勒烯。 但确定它的分子结构就成了当务之急,受著名建筑师BuckrninsterFuller所设计的由五元环和六元环拼接构成的短程线圆顶建筑的启发,Smalley认为富勒烯是由12个正五元环和20个n六元环镶嵌而成的具确32个面和60个顶点的足球状分子,为纪念BuckrainsterFuller。富勒烯分子就被命名为Buckrninsterfullerene,简称富勒烯(Fullerene)。并于1985年在《Nature》上正式宣布发现富勒烯。此三人因此在1996年被授予诺贝尔化学奖

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    富勒烯的三维空间结构和众多的双键,使其具有特殊的性质,如密度,溶解性,导电性,超导性,磁性,化学性质,这些为富勒烯化学的发展提供了广阔的空间。目前富勒烯的研究主要进展在下面几个方向:

1. 有机富勒烯

    富勒烯具有中空的结构,将富勒烯开环形成开口结构从而能够将原子直接引入中空内形成富勒烯包合物一直是富勒烯化学和物理的一个期待实现的方向。经过10多年的发展,大量的化学衍生手段使得富勒烯的单加成衍生物的制备越来越容易,但有关富勒烯的多加成研究则开展得较少。
2. 金属包合物富勒烯

    富勒烯被发现不久,科学家就预言富勒烯笼内可容纳一个或几个原子而形成富勒烯包合物。金属包合物富勒烯具有以下特点:具有很大表面积的全碳的笼形结构;笼中有7~8A的空腔,可以包人多个金属原子;碳笼分子本身是无毒的,而且是非代谢性的分子,中间的金属离子的解离常数K=0;分子整体是电中性的;碳笼表面可以进行化学修饰;金属富勒烯表面多羟基的衍生物可以从小白鼠体内彻底排除等。这些特点使得金属富勒烯包合物在医学上具有很大的应用前景。但其水溶性有待提高。

3. 超分子富勒烯

    氢键是弱相互作用中最重要的一种,被认为是在定义化学和生物体系中三维结构的一个基本手段,在生物细胞中以及作为一种组装手段在交叉科学中发挥了极为重要的作用。富勒烯作为一个具有三维结构的分子能否通过功能化,产生氢键自组装前体,形成基于氢键的新的聚集态超分子结构,是备受关注的。

4. 聚合富勒烯化合物

    通过有机聚合反应,得到了大量具有不同结构的、表现出不同功能的富勒烯高分子衍生物。富勒烯高分子聚合物既保留了富勒烯的特殊性质,又结合了高分子的物理化学性质和性能,大大地改善了高聚物性质的单一性及物理上的加工性能,具有巨大的应用潜力。

5. 解决富勒烯的聚集态

    寻富勒烯要进行应用,需先解决其聚集体的形态问题。这都是有待研究的方向。