关于富勒烯的介绍与研究进展

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富勒烯及其衍生物生物学效应的研究进展

富勒烯及其衍生物生物学效应的研究进展
肽相 连 的富勒烯 具 有 比肽 T更 有 效 的人 单 核 细 胞 趋 药 性 。 抑制 剂 XM3 3 即 D M3 3 抗 HI 1蛋 白酶 的活性 与 二 甲 2( P 2) v_ 亚砜 ( DMS / 溶 液 中的 富 勒 烯一 肽 相 比 ,XM3 3的抑 0) 水 五 2
都对 富勒 烯及其 衍生 物产生 了浓 厚 的兴趣 , 已报 道 的生 物 学
报告 。该研究 成果 拉开 了开发 低毒 性 、 功能 基 因植 入 法 的 高
制率 可达 5 , 富勒烯一 5 而 五肽则 为 4 。 O Ueg n 等 发 现富勒 醇能 使单 加 氧 酶 , N D H( 酶 如 A P 辅
摘要
富勒烯及其衍生物的生物学效应成为富勒烯研 究非 常有潜 力的领 域和 方向。介绍 了富勒烯 及其衍 生
物的 5种生物学效应, 即与蛋 白和酶的相互作 用、 自由基清除作用、 光敏化作用 、 菌作 用和对生物膜 的双重作用 , 抗 提
出 了富 勒 烯 及 其衍 生 物 可 能被 开发 为 一 类 新 型 药 物 。
效 应包括 DNA的光 剪切作 用 、 酶抑 制效 应 和细胞 毒 性等 [ 。 1 ]
近期 还报 道 了一则 科技新 闻 : 日本学 者野 人英 世 和 中村 荣一
等成 功地 向动物体 内植入 了可 运载基 因 的富勒烯 ( ) 以用 C。,
于医学治疗 。这是 世 界 上 以 富勒 烯 为载 体 植 入 基 因 的 首 次
Anma R s a c e tr B in 0 0 2 i l e e rh C ne , e ig 1 0 1 ) j
Ab ta t sr c Th t d n b o o ia c i iiso u lr n n t e ia i e e o s v r o e t lf l n i e s u y o i lg c la tvte ff l e e a d is d rv tv s b c me e y p t n i i d a d d — e a e

富勒烯提取

富勒烯提取

富勒烯提取
摘要:
1.富勒烯的简介
2.富勒烯的提取方法
3.我国在富勒烯提取方面的研究进展
4.富勒烯的应用前景
正文:
富勒烯(Fullerene)是一种由碳原子组成的球形分子,具有许多独特的性质,如高强度、高热导率、高抗氧化能力等。

自1985 年被发现以来,富勒烯引起了科学界的广泛关注,被认为在材料科学、能源、生物医学等领域具有广泛的应用前景。

富勒烯的提取方法主要有两种:一种是热解法,另一种是化学气相沉积法(CVD)。

热解法是通过高温将碳源分解为碳原子,然后这些碳原子聚集成富勒烯分子。

化学气相沉积法则是利用气相中的碳原子在固体表面沉积,形成富勒烯薄膜。

我国在富勒烯提取方面取得了一系列重要进展。

例如,我国科学家成功实现了富勒烯的高效提取,以及通过改进热解法和CVD 法制备出高质量的富勒烯材料。

此外,我国还积极开展富勒烯在材料科学、能源、生物医学等领域的应用研究,取得了一系列具有国际影响力的成果。

富勒烯在许多领域具有广泛的应用前景。

例如,在材料科学领域,富勒烯可以作为高强度、高热导率的结构材料;在能源领域,富勒烯可以作为高能量
密度的超级电容器电极材料;在生物医学领域,富勒烯具有抗氧化、抗炎、抗癌等生物活性,有望开发成新型药物或生物成像试剂。

总之,富勒烯作为一种具有独特性质的碳分子,引起了全球科学界的关注。

我国在富勒烯提取方面取得了一定的成绩,并在应用研究方面取得了突破。

富勒烯的研究应用与进展

富勒烯的研究应用与进展

富勒烯(C60)研究与应用现状化工与材料学院富勒烯(C60)研究与应用现状(辽宁省大连市甘井子区轻工苑1号大连工业大学化工与材料学院116034)摘要:富勒烯发现至今只有短短20年时间,由于其独特的结构和物理、化学性质,吸引了众多科学家的目光,因此在这20 年中,使得C60化学得到了很大的发展.文章综述了富勒烯的几种合成方法,并阐述了目前常用的应用现状,最后对其未来的发展作了展望。

关键词富勒烯;合成方法;应用引言富勒烯的发现始于1985 年Kroto 等【1】在高真空环境下激光溅射石墨的研究。

利用这种方法只能产生数以千计的富勒烯分子,根本无法进行富勒烯详细的性质表征研究, 当然更谈不上应用。

1990年,Krastchmer 等【2】发明了低压氦气环境下石墨电极电弧放电法合成富勒烯,能够得到克量级的C60 产物。

由于富勒烯特殊的结构和性能,在材料、化学、超导与半导体物理、生物等学科和激光防护、催化剂、燃料、润滑剂、合成、化妆品、量子计算机等工程领域具有重要的研究价值和应用前景。

1991 年富勒烯被美国《科学》杂志评为年度分子,富勒烯被列为21 世纪的新材料。

此后,科学家经过不断的探索和研究,发明了更多生产富勒烯的方法,例如连续石墨电极放电法、激光配合高温石墨棒蒸发法【3】、引入铁磁性金属催化剂法【4、5】、高温等离子体石墨蒸发法【6、7】,苯高温火焰燃烧法【8-10】等。

而且富勒烯在日常生活中的应用越来越广泛, 因而富勒烯产品在未来社会具有很好的发展前景。

2.富勒烯的合成方法2.1水下放电法水下放电法【11】将电弧室中的介质由惰性气体换为去离子水, 采用直流电弧放电, 以碳纯度为99%、直径6mm的碳棒做阳极, 直径为12mm的碳棒做阴极, 放入2. 5L 的去离子水中至其底部3mm的位置, 在电压为16 ~17V、电流为30A的条件下拉直流电弧, 产物可在水表面收集。

水下放电法不需要传统电弧法的抽气泵和高度密封的水冷真空室等系统,免除了复杂昂贵的费用, 可进一步降低反应温度, 能耗更小, 并且产物在水表面收集而不是在整个有较多粉尘的反应室。

富勒烯材料

富勒烯材料

4.富勒烯的种类


巴基球团簇:最小的是C20 (二十烷的 不饱和衍生物)和最常见的C60; 碳纳米管:非常小的中空管,有单壁和 多壁之分;在电子工业有潜在的应用; 巨碳管:比纳米管大,管壁可制备成不 同厚度,在运送大小不同的分子方面有 潜在价值; 聚合物:在高温高压下形成的 链状、二 维或三维聚合物。 纳米“洋葱”:多壁碳层包裹在巴基球 外部形成球状颗粒,可能用于润滑剂;
5.富勒烯的结构和性质
• 富勒烯晶体(如C60固体)由于是由一个个分子堆砌形成 的,分子本身的化学键已达到饱和和封闭,不需要其他原 子来满足其表面化学键的要求.因此从这种意义上说,富勒 烯是今天已知有限大小的唯一稳定形式的纯碳. • 超导性: 经过适当的金属搀杂后的C60表现出良好的导电性和 超导性。1991年3月美国贝耳实验室首先报道搀钾后的 K3C60具有超导性,其临界温度为18K。 光学性质: C60和C70的甲苯溶液在低光强下遵守朗伯—比尔定 律,透射比不随光强度增加而变化,但当光强超过 100mJ/cm2时,透射比显著下降,并保持在65mJ/cm2。
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5.富勒烯的结构和性质
• C60的分子结构为球形32面体,它是由60个碳原子通过20 个六元环和12个五元环连接而成的具有30个碳碳双键的足 球状空心对称分子,所以,富勒烯也被称为足球烯。C60 是高度的Ih对称,高度的离域大π共轭,但不是超芳香体 系,他的核磁共振碳谱只有一条谱线,但是它的双键是有 两种,它有30个六元环与六元环交界的键,叫[6,6]键,60 个五元环与六元环交界的键,叫[5,6]键。[6,6]键相对[5,6] 键较短,C60的X射线单晶衍射数据表明,[6,6]键长是 135.5皮米,[5,6]长键是146.7皮米,因此[6,6]有更多双键 的性质,也更容易被加成,加成产物也更稳定,而且六元 环经常被看作是苯环,五元环被看作是环戊二烯或五元轴 烯。C60有1812种个异构体。

富勒烯发展及其应用现状

富勒烯发展及其应用现状

富勒烯发展及其应用现状摘要:富勒烯(C60)具有较高的化学稳定性、较大的比表面积、良好的导电性和独特的三维结构。

本文综述了富勒烯的研究进展并介绍了富勒烯分子的简单制备原理及过程,基于富勒烯良好的化学性质,简要介绍了其在化妆品、医学等领域的应用现状。

最后,总结了富勒烯的存在的弊端以及未来的研究方向并对富勒烯未来的发展方向做出展望。

关键词:富勒烯;研究现状;应用引言富勒烯是一类由12个五元环和若干个六元环组成的中空笼状全碳分子,最早由Smalley和 Curl于1985年在研究星际空间中碳尘埃的形成过程中、在进行激光蒸发石墨的质谱实验时发现[1]﹐其中由60个碳原子组成的C60“巴基球”具有异常的稳定性,并具有完美的球形对称结构。

C60 的出现使人们了解到了一个全新的碳世界,并立即引起了全世界科学家的广泛关注。

1991年 Huffman等[2]宣布他们找到了一种可以宏量制备巴基球的方法,使得C60再次成为各领域科学家关注的热点,并由此开始了对一系列笼状分子富勒烯的研究热潮。

20多年来,无论是在基础研究还是在实际应用领域都取得了长足的进步。

本文主要结合富勒烯分子的特点,综述富勒烯分子的制备原理以及在各大领域的应用现状。

1.富勒烯结构及其性质富勒烯分子中60个碳原子完全等价.由于球面弯曲效应和五元环的存在,碳原子的杂化方式介于石墨晶体和金刚石晶体杂化之间.分子中共含有30个双键和60个单键,以达稳定结构,单键沿球面方向,而电子云则垂直分布在球面两侧,形成了三维芳香型分子.根据分子杂化轨道理论,碳原子形成杂化轨道与另外三个碳原子成键,形成碳笼结构,剩下的独轨道在笼的内壁和外围形成大Π键,使C60分子具有球形芳香性.因此C60分子中,碳与碳之间形成的键是类似于苯环C 原子间的特殊键。

C60分子的球形中空结构可以推断,它应具有芳香性,能够进行一般的稠环芳烃所进行的反应.如能够发生烷基化,进行还原生成氢化物等,众所周知,芳烃一般表现出富电子反应,易与亲电试剂发生亲电取代反应.但是C60却表现出缺电子化合物的反应性,即倾向于得到电子,它难与亲电试剂发生反应,而易与亲核及金属反应.2.石墨电阻加热法和电弧放电法制备石墨电阻加热法:在0~100torr氦气气氛中,两根相互接触的石墨棒在电阻加热的作用下蒸发为气态的等离子体,等离子体在He气氛中碰撞冷却,最终得到C60和C70。

富勒烯的性质及应用

富勒烯的性质及应用

富勒烯的性质及应用富勒烯是一种由碳原子构成的球形分子,其最早由美国化学家Richard Smalley 和Robert Curl等人于1985年发现。

富勒烯最著名的形态是C60富勒烯,也被称为布克明球。

除了C60富勒烯外,还有其他形态的富勒烯,如C70、C84等。

富勒烯具有许多独特的性质,使其被广泛研究和应用。

首先,富勒烯具有高度的化学稳定性和热稳定性,可以在高温和强酸碱条件下保持其结构完整。

其次,富勒烯具有特殊的电子结构和电子传输性质,可以在光学、电子和磁学等领域发挥重要作用。

此外,富勒烯还具有良好的导电性、导热性和机械强度,可以应用于电子器件、催化剂等领域。

富勒烯的应用十分广泛。

首先,富勒烯在材料科学领域具有广阔的应用前景。

由于富勒烯独特的结构和性质,可以用于制备各种材料。

例如,将富勒烯与聚合物复合可以获得高性能的聚合物材料,其具有优异的力学性能和导电性能。

此外,富勒烯还可以与金属或半导体材料复合,获得具有特殊功能的材料,如光伏材料、光电转换器件等。

其次,富勒烯在生物医学领域也具有广泛的应用潜力。

富勒烯可以通过表面修饰和功能化处理,使其具有良好的生物相容性和靶向性。

因此,富勒烯可以作为药物载体用于药物输送系统,将药物精确地送达到疾病部位。

此外,富勒烯还可以作为抗氧化剂和免疫增强剂,用于治疗癌症、炎症等疾病。

富勒烯还可以应用于能源领域。

由于富勒烯具有良好的光电性能和光吸收能力,可以应用于太阳能电池和光电器件。

研究者们正在探索如何利用富勒烯来提高太阳能电池的效率和稳定性,以实现可持续能源的利用。

此外,富勒烯还具有催化剂的独特性质,可以应用于化学合成和环境净化等方面。

例如,富勒烯可以作为催化剂用于有机合成反应中,如氢化反应、氧化反应等。

此外,富勒烯还可以作为吸附剂用于净化水和空气中的有害物质,如重金属离子、有机物等。

总之,富勒烯作为一种独特的碳纳米材料,具有许多独特的性质和应用潜力。

在材料科学、生物医学、能源和环境等领域,富勒烯都有着广泛的应用前景。

富勒烯光催化析氢

富勒烯光催化析氢

富勒烯光催化析氢摘要:1.富勒烯的概述2.光催化析氢的原理3.富勒烯光催化析氢的应用4.我国在富勒烯光催化析氢领域的研究进展5.富勒烯光催化析氢的未来发展前景正文:一、富勒烯的概述富勒烯(Fullerene)是一种碳的同素异形体,其分子结构呈球状,由多个碳原子通过共价键连接而成。

富勒烯分子中每个碳原子都与其他碳原子形成六角形,并共享电子对,使其具有高度的稳定性。

富勒烯在1985 年被发现,因其独特的结构和性质,被认为是21 世纪最具潜力的新材料之一。

二、光催化析氢的原理光催化析氢是一种利用光能将水分解为氢气和氧气的过程。

光催化析氢的关键是寻找一种能够吸收光能并催化水分解的催化剂。

富勒烯作为一种碳纳米材料,因其高稳定性、大比表面积和优良的光学性能,被认为是一种理想的光催化析氢催化剂。

三、富勒烯光催化析氢的应用富勒烯光催化析氢技术在能源、环境等领域具有广泛的应用前景。

首先,氢气是一种清洁的能源,可以用于燃料电池、氢气燃烧等。

通过富勒烯光催化析氢技术,可以获得高纯度的氢气,从而实现绿色能源的利用。

其次,光催化析氢技术可以用于水分解制氧,为水产养殖、医疗等领域提供氧气。

四、我国在富勒烯光催化析氢领域的研究进展我国在富勒烯光催化析氢领域的研究取得了显著成果。

研究人员已经成功制备出多种富勒烯光催化剂,并在光催化析氢性能上取得了突破。

此外,我国还积极推动富勒烯光催化析氢技术的产业化进程,为实现能源转型和环境保护做出贡献。

五、富勒烯光催化析氢的未来发展前景随着科学技术的进步和社会对可持续能源的需求,富勒烯光催化析氢技术在未来将取得更大的发展。

研究人员将继续优化富勒烯光催化剂的性能,提高光催化析氢的效率。

富勒烯化学及其应用研究

富勒烯化学及其应用研究

富勒烯化学及其应用研究富勒烯是一种由碳原子组成的分子结构,具有特殊的球状形态。

它的发现不仅在化学领域引起了巨大的轰动,也在材料科学、医学和能源学等领域展现出了巨大的潜力。

富勒烯化学及其应用研究成为了目前热门的研究领域之一。

富勒烯最早由理论化学家理查德·斯莱尔提出,但直到1985年,科学家们才成功地合成出了第一个富勒烯分子。

这个突破性的发现为富勒烯化学的研究奠定了基础。

富勒烯的结构稳定,具有很高的电子亲和力和离域性,使得它在化学反应和材料制备方面有着广泛的应用潜力。

一方面,富勒烯化学为我们提供了一种全新的材料制备方法。

由于富勒烯的结构独特,它可以被改变和调控,使其具有不同的性质和应用。

通过在富勒烯分子结构中引入不同的官能团或掺杂物,可以得到具有特定性质的富勒烯衍生物。

这些衍生物在纳米材料、光电材料、催化剂和药物等领域都有着广泛的应用。

另一方面,富勒烯化学还为我们提供了一种全新的理论框架和研究方法。

富勒烯的电子结构与传统的有机分子有着很大的不同,电子的共享性较低,具有较高的电子亲和力。

这些特性使得富勒烯衍生物成为了研究电子传输、能量转换和光电效应等现象的理想模型。

通过研究富勒烯和其衍生物的电子结构、能级分布和电子传输规律,可以为材料科学和能源学提供新的理论基础和设计思路。

除了在材料科学领域的应用,富勒烯在医学领域也展现出了巨大的潜力。

研究人员发现,富勒烯具有较低的毒性和良好的生物相容性,可以在药物传输、疾病诊断和治疗等方面发挥重要作用。

通过将药物包裹在富勒烯衍生物中,可以提高药物的稳定性和靶向性,减少副作用并增强疗效。

此外,富勒烯在抗氧化、抗炎和抗肿瘤方面的作用机制也引起了研究人员的兴趣。

富勒烯化学及其应用研究不仅对学术界具有重要意义,也对工业界和经济发展有着重要的影响。

随着对新材料、新能源和新医药的需求不断增加,富勒烯化学为解决这些问题提供了新的思路和研究方向。

研究人员在富勒烯衍生物的合成方法、结构设计和性能调控等方面取得了重要的突破,为相关领域的发展提供了关键支持。

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液体气化产生 液体粒子
有助于亚稳态物质 的成核和稳定
液体的束缚作用 使各粒子之间更加 容易碰撞重新成核
液体冷却作用有助于 “快速活性淬灭成核”
高分子合成新技术
4.富勒烯的高分子化
C60 1.高分子链上悬挂C60(On-chain型);


的 2.C60结合进高分子链中( In-chain型);


光电成像 富勒烯太阳能电池 非线性光学薄膜 光学器件 电致发光电池 光限制器
润滑剂 化妆品 电荷转移复合物 表面涂层 催化剂
高分子合成新技术
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
高分子合成新技术
调节流动相以适 宜的流速流经固 体靶,淹没过靶 片的液层高度始 终为1~2mm,准 备时间依需要量 而定
富勒烯 高分子化
的方法
可将二者的优点 真正的结合起来
含活性端基的高分子 前体与富勒烯反应
富勒烯表面的双键 缺电子,可作为阴离子、
自由基等活性中心的 淬灭剂
利用高分子侧基反应 将富勒烯引入高分子
通过1,3偶极加成反应合成中间体N-取代3,4-富勒烯吡咯烷,将此作为 引发剂,在催化剂作用下,引发己内酯开环聚合没生成富勒烯末端封端的 聚己内酯
高分子合成新技术
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。
子 化
3.以C60为节点形成高分子网络;

生 物
4.C60通过化学键连接在基质材料表面。
富勒烯衍生物模型
高分子合成新技术 On-chain型
In-chain型
高支化型
基质型
直接聚合
将富勒烯表面修饰 引入双键、羟基、羧基
氨基等可聚合基团
表面修饰聚合
利用富勒烯中 的多个双键, 将其作为单体 或共聚单体
高分子合成新技术
第6章 富勒烯及其高分子化
目录
高分子合成新技术
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
高分子合成新技术
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)。
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
3.1电弧放电法
高分子合成新技术
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.收集分离提纯
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
高分子合成新技术
(CH3)3COOC(CH3)3
hν 甲苯,25℃
2 (CH3)3CO
CH3
+ (CH3)3CO
CH2
+ (CH3)3COH
C60 +
CH2
C60
CH2
*
n
3.富勒烯的制备
高分子合成新技术
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。
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
高分子合成新技术
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
脉冲激光法诱导液-固界面连续制备装置反应过程示意图
反应机理分析
脉冲激光与液-固 界面相互作用
界面产生烧蚀区
长大形成新 的亚稳态产物
等离子体 向四周扩散 并形成原子团簇
高分子合成新技术
脉冲激光与 烧蚀物质
进一步相互作用
形成高温高压 高密度绝热膨胀 状态的等离子体
液体作用剖析
流动相液体的作用
高分子合成新技术
高分子合成新技术

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
2. 富勒烯的性质
高分子合成新技术
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
高分子合成新技术
2.1富勒烯的物理性质
高分子合成新技术
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 应
富勒烯的 还原反应
2.1.2.超导性
高分子合成新技术
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。
高分子合成新技术
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。
高分子合成新技术
富勒烯与 自由基的反应
富勒烯的 亲核加成反应
富勒烯的化学性质
富勒烯的 亲电加成反应
富勒烯的 光敏化反应
富勒烯的 氧化反应
富勒烯的 聚合反应
富勒烯与金属的反应
高分子合成新技术
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。
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