第五章C6.pptVIP

C60和C70都是深色晶状固体，微溶于通常的有机溶剂，如苯、 甲苯、CS2等，其溶液呈粉红到红色，纯C60甲苯溶液呈绦紫 色，纯C70甲苯溶液呈橙黄色.C60除了具有一系列独特的物理 化学性质外，C60和C70本身又是一种良好的非线性光学材料. 在一个大气压下，C60固体在400℃时开始升华，到450℃时 开始燃烧，实验发现，C60固体可以承受20万个大气压的各 向同性静压强，同时其晶格常数从常压下的14.20减小到20 万个大气压下的12.45. 2、C60的电子结构 C60是一个包含60个碳原子的大分子，分子中共有60×6=360个 电子，因此C60分子的电子结构是一个复杂的多体问题. 由于C60 具有封闭球电子壳和二十面体对称性，使C60分子在某些方面具 有“大原子”的性质. C60分子间是弱的范德瓦尔斯相互作用，晶态C60是一种典型的 分子固体.　 C60分子更倾向于得到电子.C60的荷电情况与其周围环境及存 在的状态有关.C60具有储存电子的能力，有希望在再充电电 池方面获得应用. 3、C60的化学修饰 C60具有足球状的中空笼式结构，包含了两种类型的键 ——单键和双键.C60分子上60个相对自由的π电子和 30个双键使它具有比平面结构的苯分子更为丰富的 化学内涵，因此C60虽然具有异常稳定的分子结构， 其化学性质却是相当活泼的.人们可以向C60笼内注入 或在其表面镶嵌其他原子或原子团，形成各种衍生物. C60分子之间还能产生二聚化，富勒烯分子相互结合能 形成各种聚合物. 笼内掺杂 C60分子具有典型的中空笼式结构，分子直径为7.1，圆球 中心有一个直径约3.6的空腔，几乎可容纳所有元素的阳 离子. 对于一些较小的原子（如氮），人们可以通过加速使其直 接穿过碳壁注入C60笼中；而对较重的原子，可以采用激光 蒸发的方法使C60分子打开其宠，将一些像镧和钇那样的原 子掺入其中，然后重新关闭，形成金属富勒烯 气体吸附 C60除了能在笼内装入其他原子外，它还能在其表面吸附气体 分子.巴基球只吸收体积适合的某些气体，如N2，O2等.在加压 的条件下，每个巴基球可吸收多达6个氧气分子.气体分子附加 到C60上或与其反应后，还可以改变其性质.C60固体本身是一种 半导体，其电阻率相当高，近似于绝缘体.研究发现氧气分子加 到C60球上后对其电导和光电导均有重大影响，氧的作用可使它 们的数值降低几个量级.另外发现氧对C60的聚合也会产生影响， C60除了能与其他原子、分子或原子团反应外，C60分子 之间也能通过化学键连接起来形成聚合物.两个C60分子 或它们的复合物通过C-C键连接起来即产生二聚化反应. 根据C-C键的不同，C60的二聚化可分为强二聚化和弱 二聚化.弱二聚化是指两个C60分子之间由一个C-C单键连接 C60的强二聚化是指两个C60分子直接结合起来，形成新的 分子团簇. 加成反应 C60分子上交替存在的单键和双键使其能很容易地打开其双 键而与其他原子、分子或原子基团发生相互作用.这种反应 显示十分丰富的化学内容，人们采用各种元素和有机基团 获得了大量的C60加成物.最先人们想到的是给C60加氢或添 加卤素原子，因为这些原子是显示±1价的元素. C60分子的每一个碳原子添加一个氟原子，得到一种完全氟 化的C60F60（称“特氟隆球”）.这种白色粉末状物质是一种 超级耐高温材料，被认为是一种比C60更好的润滑剂. 四、富勒烯C60的应用 由于特殊的结构和性质，C60在超导、磁性、光学、催化、 材料及生物等方面表现出优异的性能，得到广泛的应用。 特别是1990年以来制备出克量级的C60，使C60的应用研 究更加全面、活跃。 ??? C60分子本身是不导电的绝缘体，但当碱金属嵌人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。与氧化 物超导体比较，C60系列超导体具有完美的三维超导性，电 流密度大，稳定性高，易于展成线材等优点，是一类极具 价值的新型超导材料。 1、超导体 ??? 与超导性一佯，铁磁性是物质世界的另一种奇特性质。 Allemand等人在C60的甲苯溶液中加入过量的强供电子有 机物四(二甲氨基)乙烯(TDAE)，得到了C60(TDAE)0.86的黑 色微晶沉淀，经磁性研究后表明是一种不含金属的软铁 磁性材料。居里温度为16.1K,高于迄今报道的其它有机 分子铁磁体的居里温度。由于有机铁磁体在磁性记忆材 料中有重要应用价值，因此研究和开发C60有机铁磁体， 特别是以廉价的碳材料制成磁铁替代价格昂贵的金属 具有非常重要的意义。 2、有机软铁磁体 ??? 由于C60分子中存在的三维高度非定域(电子共轭结构使 得它具有良好的光学及非线