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学科教育论文-化学开笼制备内含式金属富勒烯 .doc

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学科教育论文-化学开笼制备内含式金属富勒烯 .doc

学科教育论文-化学开笼制备内含式金属富勒烯摘要化学开笼法是制备内含式金属富勒烯的新方法,本文介绍了该方法的特点,步骤及其最新进展。关键词化学开笼内含式金属富勒烯1引言近年来,具有特殊结构和性质的富勒烯及其衍生物在光、电、磁等技术应用领域展示出广阔的应用前景[1-3]。自碳笼分子发现之初,人们就设想用其空心的碳笼去包裹某些金属离子形成内含式金属富勒烯(用[email protected]表示)。这种物质具有潜在的应用价值,如把放射性的60Co植入C60可用于局部治疗癌症;将锂注入碳笼可望制成高效能的锂电池[4]。其实,这种想法并非天方夜谭,以C60为例,其分子内径为3.6?,而一般金属离子外径小于3?,当正离子进入碳笼后会使碳笼膨胀[5],并与碳笼内部以类离子键相结合[6],因此金属离子进入富勒烯是可能的。目前,已发现的内含式金属富勒烯往往是由电弧放电法得到的。Gillan等以石墨与镧系金属混合物作电极,在惰气气氛下高压放电得到烟灰,并用激光解吸质谱对烟灰的甲苯提取物进行检测,得到一系列内含式金属富勒烯的峰[7]。这种方法是在富勒烯的形成过程中将金属包在其中,但具有两个难以克服的缺点:1.分离困难,一直很难找到合适的溶剂将空心球烯和内含式球烯有效分离;2.产率低,电弧放电法制备富勒烯的产率就只有百分之十几,而内含式富勒烯的产率更低。因此,这种方法难以推广,必须开辟新的思路和新的方法。基于此,本文着重介绍了用化学开笼法制备内含式金属富勒烯的特点,步骤及其最新进展。2化学开笼法化学开笼法是一种新颖的制备内含式金属富勒烯的方法,它利用富勒烯原有的框架,通过化学修饰断开一个或多个C-C键,在球烯表面开出一个窗口,然后控制一定的条件,使金属离子穿过小窗进入空腔。这种方法能够有效克服电弧放电法所带来的局限性,具有可控性与选择性。该方法分两步进行──开笼和植入。2.1开笼过程化学开笼法的第一步开笼主要通过两种途径发生。2.1.1富勒烯与叠氮化合物加成叠氮化合物对C60进行[3+2]环加成,首先进攻6:6键(六元环之间的双键),形成桥式化合物1,然后在加热条件下失去N2,重排成6:5键断开的化合物2[8]。(见图式1,其中MEM=-CH2OCH2CH2OCH3)在化合物2中,由于断开了一条6:5键,在C60表面上出现了一个九元环的窗口。该窗口还可以被继续扩大,因为化合物2的结构类似于烯胺,并且是个反-Bred

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