富勒烯.pptVIP

第6章 富勒烯及其高分子化 目录 概述 富勒烯的性质 富勒烯的制备 富勒烯的高分子化 富勒烯高分子衍生物的应用 回顾与展望 1. 概述 　　　20世纪80年代中期，继石墨、金刚石之后，人们发现了碳元素存在的第三种晶体形式，其分子式为Cn，目前已知的n值最大为540。这类碳化合物被称为碳笼原子簇或富勒烯（又称巴基球、球烯、足球碳等）。 2. 富勒烯的性质 2.1富勒烯的物理性质 1.富勒烯的溶解性质 2.富勒烯的超导性质 3.富勒烯的光学性质 2.1.1.溶解性 富勒烯在脂肪烃中的溶解性随溶剂分子的碳原子数增大而增大，但一般溶解性较小。在苯和甲苯中有良好的溶解性，而在二硫化碳（CS2）中的溶解度很大。但是由于CS2的毒性较大，因此一般不使用。目前用于溶解C60最常用的溶剂为甲苯 2.1.2.超导性 C60在室温下是分子晶体，能谱计算表明，面心立方的固态C60是能隙为1.5eV的半导体。经过适当的金属掺杂后，表现出良好的超导性。 2.1.3.富勒烯的光学性质 研究发现，C60和C70的甲苯溶液能够透射相对低光强的光，但是能阻止通过超过某一临界光强的光，而且处于激发态的C60分子比处于基态的C60具有更好的吸光性。 2.2富勒烯的化学性质 1.具有芳香性，一般稠环芳香烃的反应，如烷基化反应、还原反应生成氢化物。 2.易于亲核试剂如NH3及金属反应，表现出缺电子化合物的反应 3. C60的中空球形结构使得它能在内外表面都进行化学反应，从而得到各种功能化得C60衍生物。 富勒烯与金属的反应 现在制备金属富勒烯包含物广泛采用的是电弧技术和电阻加热技术，即将金属或金属氧化物、石墨粉、胶黏剂（沥青、精糊）填塞到石墨棒中，高温处理后，在标准富勒烯反应器上作正极放电，可得到宏观量的多种金属的富勒烯包含物。 金属包含于C60笼内部的用M@C60表示 富勒烯与自由基的反应 3.富勒烯的制备 1990年，Kratschmer和Huffman 等人首次用电弧放电方法，通过石墨的放电蒸发，制得了C60的含量为1%的烟灰。实现了富勒烯合成史上的重大突破。至此，C60的化学反应研究才能迅速、广泛的开展。 3.1电弧放电法 3.2脉冲激光法诱导液-固界面法 福建师范大学章文贡教授研究团队采用脉冲激光诱导液-固界面反应法，以芳香烃B为流动相，石墨为固体靶，成功获得了多种富勒烯，其中含富勒烯C98的量最多。 反应装置示意图 反应机理分析 液体作用剖析 4.富勒烯的高分子化 1.高分子链上悬挂C60（On-chain型）； 2.C60结合进高分子链中（ In-chain型）； 3.以C60为节点形成高分子网络； 4.C60通过化学键连接在基质材料表面。 富勒烯衍生物模型 5.富勒烯高分子衍生物的应用 C60球体分子内外表面有60个π电子，组成三维π电子共轭体系，具有很强的还原性、电子亲和力以及三阶非线性光学性质。倘若能将C60及其衍生物表现出来的特殊光、电、磁性质与高分子的优异性能结合起来，对于开发新型富勒烯功能材料，开拓富勒烯的应用价值将起到重大作用。 6.回顾与展望 1.富勒烯的研究已经渗透到化学、物理、生命科学、材料科学等众多学科领域，富勒烯的衍生化研究相对较熟； 2.从发展趋势看，当前富勒烯的研究主要集中在:新型富勒烯的制备及其机理研究，功能富勒烯衍生物的制备、性能及应用研究，新的富勒烯反应及机理研究等方面； 3.由于C60 表面含有30 个双键，其环加成反应中会生成多加成产物，对它们的分离纯化以及选择性合成等也是以后需要解决的问题； 4.如果在生物环境即水溶液环境中的溶解度得到根本解决，富勒烯衍生物在生物、药物领域的应用将更为广阔。 * 高分子合成新技术 * 高分子合成新技术 碳 原子形式 分子形式 一维结构 （卡宾碳） 二维结构 （石墨） 四面体结构 （金刚石） 多面体结构 （富勒烯） 聚合体结构 石墨烯 12个正五元环 20个正六元环 6—6键0.1388nm 6—5键0.1432nm C60结构示意图 富勒烯与 金属的反应 富勒烯的 氧化反应 富勒烯的 光敏化反应 富勒烯的 亲核加成反应 富勒烯的 还原反应 富勒烯与 自由基的反应 富勒烯的 聚合反应 富勒烯的 亲电加成反应 富勒烯的化学性质 电弧放电法 激光辐射法 苯火焰燃烧法 太阳能法 高频加热蒸发石墨法 高能感应热等离子法 电子束辐照法 其他方法 富 勒 烯 的 制 备 1.采用面积较大的做阳极，面积较小的做阴极； 2.抽真空，堕气保护； 3.通强电流，形成电弧，生成等离子体； 4.堕气下，小碳分子经过碰撞，生成稳定的富勒烯； 5.收