內(nèi)嵌金屬富勒烯

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1、摘要富勒烯是近年來研究較多的碳籠結(jié)構(gòu)高分子化合物,其分離、純化是影響該研究領(lǐng)域進展的關(guān)鍵因素。本文概述了富勒烯及內(nèi)嵌金屬富勒烯的性質(zhì)及應(yīng)用，同時還介紹了富勒烯、內(nèi)嵌金屬富勒烯的柱色譜分離。色譜法是目前分離富勒烯的重要手段,本文概述了該法在富勒烯分離、純化中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞　色譜法　富勒烯　分離純化AbstractSignificantincreasesoffullerenesyields,aswellastheadditional,selectiveextractionsofhigherorderfullereneswereachieved.Chromatographicseparat

2、ionsoffullerenesfromtheobtainedsootextractswereperformedbycontinueelution,inonephaseofeachprocess,underatmosphericpressure,withoriginal,definedgradientsofsolvents,frompurehexaneor5%tolueneinhexanetopuretoluene,onactiveAl2O3columns,bythenew,improvedmethods.Theadvancesinchromatographicpurificatio

3、nusingalumina,aswellasinunderstandingoftheunique,mainopticalabsorptionpropertiesofthesemoleculesarereported.Keywords:Carbonsoot,Basicandhigherfullerenes,Solvent8第1章緒論1.1富勒烯類物質(zhì)的簡述1.1.1富勒烯類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)富勒烯(fullerenes)是在1985年由英國Sussex大學(xué)的Kroto以及美國Rice大學(xué)的smalley和curl教授共同發(fā)現(xiàn)的除石墨、金剛石和無定型碳之外碳元素的另一種同素異形體[1]。這類物質(zhì)

4、指的是由碳原子組成的籠狀分子簇，其中主要包括C60C70這一類分子[2]，還包括內(nèi)部摻雜不同原子的富勒烯等。在富勒烯家族中，含量最多的分子是C60，然后是C70、C84，其次是含量相對較少的C76、C78、C82等。其中含70個以下碳原子的分子稱為富勒烯;含碳原子數(shù)在70和100之間的分子稱為大富勒烯;含碳原子數(shù)大于100的為巨富勒烯[3]。1990年，Krabtschmer和Huffinan[4-5]成功制得克量級C60，對其結(jié)構(gòu)研究表明，這是一個由60個碳原子組成的含有20個六邊形和12個五邊形的全碳封閉中空的分子籠，結(jié)構(gòu)和足球類似，直徑為0.7lnm，含有30個碳碳雙鍵和60個

5、單鍵，60個碳原子位于多面體的1.1C60和C70的結(jié)構(gòu)60個頂點上，相鄰碳原子間以σ單鍵相連，構(gòu)成兩個單鍵并且還有一個雙鍵，其HOMO—LUMO之間能量差為2.77eV，60個碳都貢獻了一個p電子，形成一個離域大Π鍵，與平面大Π鍵不同，這種離域大Π鍵呈球面形狀，正是由于這種化學(xué)鍵的存在，使得C60具有芳香性，是中空、封閉的稠環(huán)芳香烯烴，并且沿球面分布的Π鍵有利于空心碳籠的穩(wěn)定存在。因為其形狀和足球接近，因此又被稱為Buckball(巴基球)、Spherene(球烯)、Soccerene(足球烯)等。但是值得注意的是，盡管人們稱這類分子為“烯”，但它并不是烯，富勒烯分子中的確存在碳碳

6、雙鍵，也具有雙鍵的一些性質(zhì)，但富勒烯僅僅是碳元素的一種存在形式，是單質(zhì)。富烯類物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)，使人們對碳的認(rèn)識又上升到了一個新的階段，因此在1996年10月，瑞典皇家科學(xué)院把該年的諾貝爾化學(xué)獎授予了富勒烯的發(fā)現(xiàn)者，以表彰他們的杰出貢獻。C708中含有25個六邊型，12個五邊形(見圖1.1)，為橢圓形的橄欖球狀碳籠，分子中有五種不等價的碳原子。文獻報道，目前所制得的這一類富勒烯分子都是由12個五元環(huán)和不同數(shù)目的六元環(huán)組成，六元環(huán)將12個五元環(huán)彼此隔開，每個五元環(huán)都和五個六元環(huán)共邊，并遵循獨立五元環(huán)規(guī)則(isolated—pentagonrule)。1.1.2富勒烯類物質(zhì)的性質(zhì)及應(yīng)用富勒烯是

7、一種物理性質(zhì)穩(wěn)定，化學(xué)性質(zhì)活潑的分子，C60、C70都具有缺電子烯烴的化學(xué)性質(zhì)，并且由于C60分子的碳籠上存在30個碳碳雙鍵，因此比較容易發(fā)生自由基加成反應(yīng)。研究人員在對富勒烯材料的研究中最為感興趣的部分就是其應(yīng)用性，C60等富勒烯被預(yù)計可廣泛應(yīng)用于材料領(lǐng)域。1.1.2.1富勒烯超導(dǎo)性及其應(yīng)用C60晶體本身的導(dǎo)電性并不是很強，但當(dāng)堿金屬(Li、Na、K、Ru、Cs)或堿土金屬嵌入C60分子之間的空隙后，C60與堿金屬原子和堿土金屬原子可以鍵合形成離子型化合