富勒烯c60的结构及应用
C60的生物化学
C60的生物化学富勒烯在生物医药方面的应用一直是热门研究课题之一，C60是一种十分理想的药效团载体，它可以与大量试剂反应，具有独特的三位拓扑结构，并与已知的药物分子具有相似的尺寸，大量研究表面，C60 及其衍生物在酶抑制、抗病毒、DNA切割、光动力疗法等方面均有广阔的应用前景。
C60 独特的结构赋予它许多特殊的物理、化学性质。
如C60 通过光诱导产生单重态氧高达100%,被喻为单重态的发生器；C60 极易与游离基反应，被喻为吸收游离基的海绵；C60 的体积与HIV 病毒活性中心的孔穴大小相匹配，又可能堵住洞口，切断病毒的营养供给；C60有30个双键，可以发生多种化学反应，是药物设计的理想基体，可以根据需要接上多种基团，人们把C60 喻为药物设计中的化学针插。
C60的这些特性引起了生物化学家、药物学家的浓厚兴趣，并已在富勒烯及其衍生物的生物活性方面取得了一些令人振奋的结果。
一、抗病毒作用人体免疫缺损蛋白酶（HIV-1`protease HIVP）被认为是抗病毒疗法中主要抑制对象，富勒烯具有抑制HIVP 活性的功效，而抑制HIVP活性是研究治疗艾滋病的关键。
HIVP的活性部分可以近似的描述为一个敞开式圆柱体，线性排列着疏水氨基酸，线性圆柱体的半径和一个C60 分子几乎相同，但由于富勒烯分子是非极性的，因此将其制备成水溶性的C60 或者其衍生物后，就可以嵌入HIVP 的活性中心。
C60衍生物的疏水部分与HIVP 的活性部位结合相互起来，亲水部分（极性基团）则在膜表面形成溶剂化层，阻断了HIVP 的活性中心，从而达到抑制HIVP 的目的。
二、致使DNA 裂解核酸含有生物遗传信息，是一类重要的生物分子，它包括脱氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA两大类，而DNA的裂变将引起细胞凋亡，致使生物体变异。
富勒烯具有光物理特性，有很深的颜色，在UV 和可见光区显示了丰富的光化学行为，在光的激发下，三线态C60可产生约一个单位能量，通过能量转换，可形成高产量的单线态氧1O2。
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。
c60晶体中存在的作用力
C60晶体中主要存在的作用力是范德华力和π-π相互作用力。
C60，也称为富勒烯或足球烯，是一种由60个碳原子组成的分子，其结构类似于足球。
在C60晶体中，这些分子通过弱的范德华力相互作用形成面心立方分子晶体结构。
由于范德华力相对较弱，C60分子在晶格中可以持续高速无规则旋转，这种旋转相变对温度和压力非常敏感。
除了范德华力，C60分子之间还存在π-π相互作用力，这是另一种较弱的分子间作用力，涉及到分子中π电子云之间的相互作用。
这些相互作用力对于C60晶体的稳定性和性能具有重要影响。
例如，它们影响了晶体的电学性质和光学性质，也为C60及其衍生物的合成和应用提供了理论基础。
富勒烯C60的研究及应用
富勒烯C60的研究及应用一纳米碳管的发现^碳元素作为自然界最普遍的元素之一, 以其特^有的成键轨道, 形成了丰富多彩的碳的家族。
一直以^来人们认为自然界只存在三种碳的同素异形体: 金^刚石、石墨、无定形碳。
1985 年Kro to, Smalley 等人^发现幻数为60 的笼状C60分子[1 ] , 其60 个碳原子分^别位于由20 个六边形环与12 个五边形环组成足球^状多面体的顶点上; 1990 年KratschmerW. 用石墨^电极电弧放电[2 ]首次宏观量地合成了C60, 其后, 球^形或椭球形的C70、C76、C78、C82、C84 等又被相继发^现, 标志着碳的同素异形体的又一大家族富勒烯的^兴起。
1991 日本N EC 的Iijima[3 ]用真空电弧蒸发石^墨电极, 并对产物作高分辨透射电镜(HREM ) , 发现^了具有纳米尺寸的碳的多层管状物——纳米碳管,^国内学者常称之为巴基管。
巴基管的发现^掀起了续C60后富勒烯的又一次研究高潮。
此后Ima S. [4 ]、Bethune D. [5 ]等人以Fe、Co 为催化剂进行^^电弧反应, 生长出了单层、半径1nm 的碳管, S.^Amelinckx 等[6 ] 采用金属催化热分解碳氢化合物^法, 制备出了螺旋状的纳米碳管。
Ivanov V. 等[7 ]用^这一方法长出了长达50Lm 的纳米碳管等。
纳米碳管以它独特的一维管状分子结构开辟了纳米材料的^新领域, 人们对于它的研究正方兴未艾。
二纳米碳管的分子结构和性能^什么是纳米碳管? ThomasW. 定义[8 ]是: 由单^层或多层石墨片卷曲而成的无缝纳米级管。
每片纳^米管是一个碳原子通过SP2 杂化与周围三个碳原子^完全键合而成的、由六边形平面组成的圆柱面; 其平^面六角晶胞边长为2146A °, 最短的碳2碳键长^1142A °, 接近原子堆垛距离(1139A °)。
实验10富勒烯C60的制备及其在光电体系中的应用
实验10 富勒烯C60的制备及其在光电体系中的应用实验目的1.了解掌握富勒烯的制备过程和原理。
2.了解掌握富勒烯纳米材料如纳米棒的制备过程。
3.测试并了解富勒烯纳米材料如纳米棒的光电性能和原理。
实验原理碳原子簇制备方法概述富勒烯(Fullerenes)是笼状碳原子簇的总称, 包括C60、C70以及多种大尺寸富勒烯，以及内嵌金属或团簇富勒烯等, 它们的不同形态结构如图1所示。
近年来, 由于富勒烯在超导、非线性光学、光伏/光电、催化剂及纳米复合材料等诸多领域显示出潜在应用前景并受到广泛关注。
富勒烯的研究涉及到物理、化学、材料等相关领域, 是一个前沿性的多领域交叉学科。
图1为富勒烯C60(左)和C70(右)的结构示意图。
图1. 富勒烯C60(左)和C70(右)的结构示意图。
自1985年Kro to等发现C60以来,各种富勒烯的制备方法不断出现。
研究者们为了提高富勒烯的产率,不断改进工艺技术,尝试新的生产方法。
到目前为止,制备富勒烯的方法主要有两大类:蒸发石墨法和火焰（加热）法。
（1）蒸发石墨法蒸发石墨法又分激光蒸发石墨法电弧法、等离子体蒸发石墨法等,它们的区别在于加热方式的不同。
蒸发石墨法制备富勒烯的关键在于:反应区域温度足够高,能够蒸发出游离态的碳,供富勒烯形成。
（2）激光蒸发石墨法1985 年，Kro to等用激光蒸发石墨法发现了C60和C70，并预言了它们的结构和性质。
图2是其原始反应装置图。
图2.激光蒸发石墨装置示意图。
1—蒸发用激光,2—氦气,3—旋转的石墨圆盘,4—整合容器。
装置中通入的氦气作为保护气体，压强为1M Pa。
装置处于工作状态时，激光束打在旋转的石墨圆盘上，使石墨圆盘受热蒸发出游离态的碳，游离态的碳与通入的氦气一起进入整合容器中，相互碰撞形成C60和C70,含有C60和C70的碳灰在喷嘴处被收集。
Kroto等用飞行时间质谱仪分析产物, 发现了C60和C70的存在。
但是这种方法的缺点是制备量很小，不能获得足够量的C60和C70进行研究。
C60介绍
C60及其化合物
碳元素的第三种晶体形态－富勒烯
1985年，Kroto等严格控制实验条件，获得了C60为主的质谱图，受建筑学家Fuller的启发，提出了C60。
C60又称富勒烯，由60个碳原子构成球形32面体，其中12个为等边无边形，20个为等边六边形，它是一种封闭的笼状结构（如下图所示）。
经测得直径为0.7nm。
科学家对C60的正多面体形成过程的
认识：从正20面体去顶，可以变形为正
32面体，其中12个为正五边形，20个
为正六边形。
（如右图所示）
C60的应用：极好的润滑剂，其衍生物应用
于超导半导体和催化剂。
富勒烯笼中可包含单个的金属离子K，
Na，Cs，La，Ca，Ba，Sr和U，生成富勒
烯的包含物C60M n+。
（左图为C60K3的结构
式）
C60中有多少个双键？（如右图所示）
C60＋30F2＝C60F60（白色粉末）
因为C60与F2反应最终得C60F60，证明打
开了30个双键。
经X射线衍射法测定，球形C60
也是面心立方密堆积结构，每个立
方面心晶胞中含有4个C60分子。
C60是分子晶体，球体间联系靠的是
范德华力，故熔沸点低，硬度较小，
不导电，是绝缘体。
富勒烯的笼状结构系列研究，如今已获知C70，C240，C540等。
(如下图所示）
C60的化合物
C60H60，尚未问世，然而心急的化学
家已给它起了一个名字叫做Fuzzyball。
（如右图所示）
C60与铂反应合成了新的加合物，如
左图，为它的结构，有6个Pt原子直接
与碳原子相连。
富勒烯C60衍生物的结构、性质、-----制备及其应用综述
富勒烯C60衍生物的结构、性质、-----制备及其应用综述有机化学课程小论文课题名称：富勒烯C60衍生物的结构、性质、制备及其应用综述学生姓名：学号：指导教师：2011年1月13日目录摘要： (I)关键词： (I)Abstract: ....................................................... I IKey world:.................................................... I I 1.前言 (1)1.1概述 (1)1.2选题的意义 (1)2.富勒烯C60衍生物的结构、性质、制备及其应用 (2)2.1富勒烯C60衍生物的结构 (2)2.1.1金属富勒烯的结构 (2)2.1.2 C60吲哚衍生物的结构 (3)2.1.3 C60杂环衍生物的结构 (3)2.1.4 C60含氮衍生物的结构 (4)2.1.5 C60-TTF衍生物结构 (4)2.2富勒烯C60衍生物的性质 (4)2.2.1 金属富勒烯的性质 (4)2.2.2 C60吲哚衍生物的性质 (5)2.2.3 C60杂环衍生物的性质 (5)2.2.4 C60含氮衍生物的性质 (5)2.2.5 C60-TTF衍生物的性质 (5)2.3富勒烯C60衍生物的制备 (5)2.3.1 C60吲哚衍生物的制备 (5)2.3.2 C60杂环衍生物的制备 (6)2.3.3 C60含氮衍生物的制备 (8)2.3.4 多受阻酚富勒烯衍生物的合成.. 82.3.5 布基球烯衍生物C60Br24和La@C60的高效制备 (8)2.3.6亚甲基[6,6]-Fullerene[C60]单羧酸衍生物的合成 (9)2.4富勒烯C60衍生物的表征、分离、自组装 (9)2.4.1 C60衍生物的表征 (9)2.4.2 C60衍生物的分离 (10)2.4.3 C60衍生物的自主装 (10)2.5富勒烯C60衍生物的应用 (11)2.5.1 C60衍生物在生物领域的应用.. 112.5.2 C60衍生物在光、电、磁方面的开发应用 (11)2.5.3 C60高分子衍生物在摩擦学方面的应用 (12)2.5.4 新型C60衍生物/Ag复合纳米材料 (12)2.5.5C60衍生物在其它方面的应用 (12)3.结语与展望 (13)[参考文献] (14)富勒烯C60衍生物的结构、性质，制备及其应用综述摘要：本文根据C60所加成的官能团不同而形成的各种不同衍生物进行了分类。
c60成分
c60成分C60是一种碳纳米材料，具有许多独特的性质和应用。
本文将从结构、制备、性质和应用等方面介绍C60。
一、C60的结构C60，即60个碳原子构成的球状分子，由12个五角形和20个六角形组成，呈现出类似于足球的结构。
这种球状结构使得C60具有较大的表面积和空腔，有利于与其他物质的相互作用。
二、C60的制备C60最早是由英国化学家哈罗尔德·克罗托（Harold Kroto）等人于1985年在实验室中发现的。
目前，常用的制备方法有电弧放电法、石墨烯加热法、催化剂法等。
其中，电弧放电法是最常用的方法之一。
通过在高温下利用电弧放电将石墨电极蒸发，然后在冷凝剂中收集生成的C60。
三、C60的性质1. 光物理性质：C60具有很强的吸收和发射光谱，可以在紫外到近红外的范围内吸收和发射光线。
这种特性使得C60在光电子学和光催化等领域有着广泛的应用。
2. 电学性质：C60具有良好的导电性，可用作导电材料。
同时，C60还表现出一些半导体特性，如光敏性和非线性光学性质。
3. 化学性质：C60分子的球状结构使得其在化学反应中具有较高的反应活性。
它可以与许多物质形成化合物，如与氢气反应生成C60H2等。
四、C60的应用1. 材料科学领域：C60作为一种新型碳材料，被广泛应用于材料科学领域。
它可以作为光催化剂、电催化剂和催化剂载体，用于催化反应和能源转换等方面。
2. 生物医学领域：C60具有良好的生物相容性和抗氧化性能，被用于药物传递、肿瘤治疗和抗衰老等方面的研究。
同时，C60还可以作为生物传感器和成像剂，用于生物医学成像和诊断。
3. 电子器件领域：由于C60具有良好的导电性和光电特性，它可以用于制备有机太阳能电池、有机场效应晶体管和有机发光二极管等电子器件，具有很大的应用潜力。
C60作为一种独特的碳纳米材料，具有丰富的结构、制备、性质和应用。
随着对C60的深入研究和应用探索，相信它将在材料科学、生物医学和电子器件等领域发挥越来越重要的作用。
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简述富勒烯C60的结构及应用
结构：
C60的分子结构为球形32面体，它是由60个碳原子以20个六元环和12个五元环连接而成的具有30个碳碳双键（C=C）的足球状空心对称分子，所以，富勒烯也被称为足球烯。
球体直径约为710pm，即由12个五边形和20个六边形组成。
其中五边形彼此不相联接只与六边形相邻。
与石墨相似，每个碳原子以sp2杂化轨道和相邻三个碳原子相连，剩余的p 轨道在C60分子的外围和内腔形成π键
应用：
一.用于增强金属：
在增强金属材料方面，C60的作用将比焦炭中的碳更好，这是因为C60比碳的颗粒更小、活性更高，C60与金属作用产生的碳化物分散体的颗粒大小是0.7nm，而碳与金属作用产生的碳化物分散体的颗粒大小为2μm～5μm，在增强金属的作用上有较大差别。
二.用作新型催化剂
C60具有烯烃的电子结构，可以与过渡金属(如铂系金属和镍)形成一系列络合物。
例如C60与铂、锇可以结合成{[(C2H5)3P]2Pt}C60和C60OsO4·(四特丁基吡啶)等配位化合物，它们有可能成为高效的催化剂。
三.用于气体的贮存：
利用C60独特的分子结构，可以将C60用作比金属及其合金更为有效和新型的吸氢材料。
每一个C60分子中存在着30个碳碳双键，因此，把C60分子中的双键打开便能吸收氢气。
与金属或其合金的贮氢材料相比，用C60贮存氢气具有价格较低的优点，而且C60比金属及其合金要轻，因此，相同质量的材料，C60所贮存的氢气比金属或其合金要多。
C60不但可以贮存氢气，还可以用来贮存氧气。
与高压钢瓶贮氧相比，高压钢瓶的压力为3.9×106Pa，属于高压贮氧法，而C60贮氧的压力只有2.3×105 Pa，属于低压贮氧法。
利用C60在低压下大量贮存氧气对于医疗部门、军事部门乃至商业部门都会有很多用途。
四.用于制造光学材料：
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性光
学性能。
如它的光学限制性在实际应用中可做为光学限幅器。
C60还具有较大的非线性光学系数和高稳定性等特点，使其做为新型非线性光学材料具有重要的研究价值，有望在光计算、光记忆、光信号处理及控制等方面有所应用。
五.用于制造高分子材料：
由于C60特殊笼形结构及功能，将C60做为新型功能基团引入高分子体系，得到具有优异导电、光学性质的新型功能高分子材料。
C60掺入聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）可成为很有前途的光学限幅材料。
六.生物学及医学应用：
1）用于制造生物活性材料
2）癌细胞的杀伤效应
3）其他医疗功能由于用C60薄膜做基质材料可以制成齿状组合型的电容器，用它来制成的化学传感器具有比传统的传感器尺寸小、简单、可再生和价格低等优点，可能成为传感器中颇具吸引力的一种候选产品。
富勒烯还具有记忆性，可以用做记忆材料
碳纳米管的制备方法：
①激光蒸发法在1 200 ℃的电阻炉中, 由激光束蒸发石墨靶, 流动的氩气使
产物沉积到水冷铜柱上。
但此法制备纳米碳管的成本较高, 难以推广应用。
②催化裂解法催化裂解法是在600~1 000 ℃的温度及催化剂的作用下, 使
含碳气体原料(如一氧化碳、甲烷、乙烯、丙稀和苯等)分解来制备碳纳米管的一种
方法。
此方法在较高温度下使含碳化合物裂解为碳原子,碳原子在过渡金属- 催化
剂作用下, 附着在催化剂微粒表面上形成为碳纳米管。
③化学气相沉积法化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition,简称
CVD), 基本原理为含碳气体流经催化剂表面时分解, 沉积生成纳米碳管。
这种方法
具有制备条件可控、容易批量生产等优点, 自发现以来受到极大关注, 成为纳米碳
管的主要合成方法之一。
④模板法模板法通常是用孔径为纳米级到微米级的多孔材料作为模板, 结
合电化学、沉淀法、溶胶- 凝胶法和气相沉淀法等技术使物质原子或离子沉淀在模
板的孔壁上形成所需的纳米结构体。
⑤凝聚相电解生成法该方法采用石墨电极(电解槽为阳极), 在约600 ℃
的温度及空气或氢气等保护性气氛中, 以一定的电压和电流电解熔融的卤化碱盐
(如LiCI), 电解生成了形式多样的碳纳米材料, 包括包裹或未包裹的碳纳米管和碳
纳米颗粒等, 通过改变电解的工艺条件可以控制生成碳纳米材料的形式。
⑥还有等离子体喷射沉积法、火焰法、水中电弧法、太阳能法、低温固体热解法
等方法。