C60及其衍生物应用的研究进展

C60及其衍生物应用的研究进展许娟娟（西南科技大学材料科学与工程学院应用化学，绵阳621010）,摘要,随着C60分子被人们发现，富勒烯一族的其他分子也相继被发现，富勒烯及其衍生物的各种重要性质决定了它们的广泛用途，使得富勒烯引起一场世界性的研究热潮。文章主要综述了C60及其衍生物的部分物理和化学性质，重点评述了C60及其衍生物的一些重要的应用，并对C60及其衍生物在各学科中的应用研究进行了展望。,C60及其衍生物应用的研究进展,1.C60及其衍生物的性质,2.C60及其衍生物的应用,C60及其衍生物的性质,1.1物理性质1.1.1光学性质1.1.2磁性1.1.3电学性质,1.1.1光学性质,由于C60的独特分子结构，它的光学特性主要体现为荧光性质非线性光学性质和光学限制性，这些特殊性质也决定了C60的多种用途。,1.1.2磁性,Pasquarello等人提出C60分子中五元环具有强的顺磁性,六元环具有缓和的介磁性,整个C60球体中磁性是中性的。1993年被Prato等人用实验和理论计算所证实。单一的C60有关磁性材料的研究主要是C60与TDAE形成的电荷转移复合物C60(TDAE)0.6。,1.1.3电学性质,在尺寸为300300200m3的C60多晶片状样品上，镀上200nm厚的Au与1厚的Ag做电极，加上约5V的电压，并将样品处于Ar气保护环境中，观察到很强的位于920nm的电致发光现象。吸电子的C60和供电子的有机物容易结合成电荷转移型材料，光的吸收增大，也产生更多的电子、空穴载流子而引起电导率的增加，这即是C60的光电导性。C60具有很强的电子亲合力(2.65eV)，容易得到电子而被还原，改变其能带结构，从而使其导电性得到改善，碱土金属与C60在一定条件下可反应制备出超导体。,C60及其衍生物的性质,1.2化学性质1.2.1C60的包合物1.2.2C60的化学反应,1.2.1C60的包合物,C60为外壳的包合物：C60分子为球形结构，分子直径为7l0pm，若以C原子的范德华半径为170pm计，则园球中心有一直径为370pm的空腔，可以容纳各种原子、离子甚至是小分子。现已证明，富勒烯的笼中可以嵌入K，Na，Cs，U，Ca，Ba等生成富勒烯的包合物。C60为核心的包合物：与氢醌(HQ)可形成(HQ)3C60；C60与环-8-芳烃衍生物可形成电荷转移络合物，其中C60处于中心，被环-8-芳烃衍生物包围；C60与-环糊精(CD)可形成水溶性包合物(CD)2C60、C60被两个CD分子夹在中间。,1.2.2C60的化学反应,由于C60的基本化学性质为缺电子烯烃，所以它可以发生很多烯烃能发生的反应。C60也可与卤素进行加成，加成的产物为富勒烯的衍生物C60Xn（X=F,Cl,Br,I；n随卤素不同条件不同而不同），富勒烯的衍生物C60Xn的各种性质决定了它的用途广泛。C60的取代反应也使得富勒烯的衍生物更加丰富了，其中较为重要的则是与金属有机物发生取代，据了解，Pt、Ni、Zi、Rh、Pd等与C60的金属有机化合物已经制的。,C60及其衍生物的应用,2.1超导体2.2用作新型催化剂2.3功能材料2.4医学上的应用2.5其他用途,2.1超导体,C60分子本身是不导电的绝缘体，但当碱金属嵌入C60分子之间的空隙后，C60与碱金属的系列化合物将转变为超导体，如K3C60即为超导体，且具有很高的超导临界温度。,2.2用作新型催化剂,目前,富勒烯及其衍生物在催化材料领域的研究主要包括以下三方面:(1)富勒烯直接作催化剂；(2)富勒烯及其衍生物作为均相催化剂使用；(3)富勒烯及其衍生物在多相催化剂中的应用。,2.3功能材料,由于C60特殊笼形结构及功能，将C60做为新型功能基团引入高分子体系，得到具有优异导电、光学性质的新型功能高分子材料，从原则上讲，C60可以引入高分子的主链、侧链或与其它高分子进行共混。,2.3功能材料,由于C60分子中存在的特殊结构使它还具有较大的非线性光学系数和高稳定性等特点，使其做为新型非线性光学材料具有重要的研究价值，有望在光计算、光记忆、光信号处理及控制等方面有所应用。,2.4医学上的应用,艾滋病毒活性：由于C60是个球型分子，分子大小与HIV病毒活性中心的孔道大小相匹配，可以设想如果用C60分子堵住病毒活性中心的洞口，切断病毒赖以生存的营养供给，就可以杀死病毒，但因C60是非极性的，因此将其制备成水溶性C60或其衍生物后，即可嵌入HIV的活性中心。,2.4医学上的应用,切割DNA：C60衍生物具有专一性地切割DNA的能力。C60及其衍生物在医学上还有其他的应用。C60是一个可以填充的结构，在其中装入放射性元素，它在医院常用的造影检查及杀死癌细胞的过程不会伤害健康细胞等。,2.5其他用途,C60在加热条件下可以被氟分步氟化为C60F6、C60F42、C60F60(称特氟隆球)是一种白色粉末，可以作为高温润滑剂(700)，耐热和防水材料,它对高科技发展将起到重要作用。将锂原子嵌入碳笼内有望制成高效能锂电池碳笼内嵌人稀土元素铕可望成为新型稀土发光材料。,结语,C60及其衍生物广阔的潜在应用价值已经引起了世界性的研究狂潮。目前，科学工作者们正在对C60及其衍生物进行更为深入的研究，相信不久的将来C60及其衍生物将在超