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富勒烯的發現

    1984年,來英國薩塞克斯大學的波譜學家Kroto與美國萊斯大學的Smalley和Curl共同合成富勒烯。 但確定它的分子結構就成了當務之急,受著名建筑師BuckrninsterFuller所設計的由五元環和六元環拼接構成的短程線圓頂建筑的啟發,Smalley認為富勒烯是由12個正五元環和20個n六元環鑲嵌而成的具確32個面和60個頂點的足球狀分子,為紀念BuckrainsterFuller。富勒烯分子就被命名為Buckrninsterfullerene,簡稱富勒烯(Fullerene)。并于1985年在《Nature》上正式宣布發現富勒烯。此三人因此在1996年被授予諾貝爾化學獎。

 

    富勒烯的三維空間結構和眾多的雙鍵,使其具有特殊的性質,如密度,溶解性,導電性,超導性,磁性,化學性質,這些為富勒烯化學的發展提供了廣闊的空間。目前富勒烯的研究主要進展在下面幾個方向:

 

1. 有機富勒烯

 

    富勒烯具有中空的結構,將富勒烯開環形成開口結構從而能夠將原子直接引入中空內形成富勒烯包合物一直是富勒烯化學和物理的一個期待實現的方向。經過10多年的發展,大量的化學衍生手段使得富勒烯的單加成衍生物的制備越來越容易,但有關富勒烯的多加成研究則開展得較少。


2. 金屬包合物富勒烯

 

    富勒烯被發現不久,科學家就預言富勒烯籠內可容納一個或幾個原子而形成富勒烯包合物。金屬包合物富勒烯具有以下特點:具有很大表面積的全碳的籠形結構;籠中有7~8A的空腔,可以包人多個金屬原子;碳籠分子本身是無毒的,而且是非代謝性的分子,中間的金屬離子的解離常數K=0;分子整體是電中性的;碳籠表面可以進行化學修飾;金屬富勒烯表面多羥基的衍生物可以從小白鼠體內徹底排除等。這些特點使得金屬富勒烯包合物在醫學上具有很大的應用前景。但其水溶性有待提高。

 

3. 超分子富勒烯

 

    氫鍵是弱相互作用中最重要的一種,被認為是在定義化學和生物體系中三維結構的一個基本手段,在生物細胞中以及作為一種組裝手段在交叉科學中發揮了極為重要的作用。富勒烯作為一個具有三維結構的分子能否通過功能化,產生氫鍵自組裝前體,形成基于氫鍵的新的聚集態超分子結構,是備受關注的。

 

4. 聚合富勒烯化合物

 

    通過有機聚合反應,得到了大量具有不同結構的、表現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質,又結合了高分子的物理化學性質和性能,大大地改善了高聚物性質的單一性及物理上的加工性能,具有巨大的應用潛力。

5. 解決富勒烯的聚集態

 

    尋富勒烯要進行應用,需先解決其聚集體的形態問題。這都是有待研究的方向。


 

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