文档介绍：富勒烯及碳纳米管
负责人:马长德
1967年加拿大蒙特利尔万国博览会,美国展览馆是由五边形和六边形组成拼接构成的圆顶建筑-----启发,提出了C60的分子结构。因此,他们决定以该展览馆建筑师的名字Buckminster Fuller命名,定为“Buckmister fullerene”, 词尾ene为英文“烯烃”的后缀,表示C60的不饱和性,简称“Fullerene”
1967年加拿大蒙特利尔世博会美国馆

一、 C60-一颗璀灿的“明星分子”
1985年C60的发现是人类对碳认识的新阶段,是科学上的重要发现。C60的发现使我们了解到一个全新的碳化学世界。从平面低对称性分子对全对称的球形分子,从简单分子到富勒烯笼内包原子的超分子,从一维超导到三维超导,从平面的石墨到一维管状的碳纳米管等方面。
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,得到广泛的应用物理,化学,材料科学,生命及医药科学。特别是1990年以来Kratschmer和Huffman等人制备出克量级的C60,使C60的应用研究更加全面、活跃。
C60的结构
富勒烯中的碳原子为SP2杂化,三配位,分子形状接近球形。
闭合的笼状分子
12个五边形和20个六边形。
五边形都被六边形所包围,而六边形周围则是三个五边形与三个六边形。
形成三维大π键
富勒烯(C60) 是一种碳的同素异形体。任何由碳一种元素组成,以球状,椭圆状,或管状结构存在的物质,都可以被叫做富勒烯。富勒烯与石墨结构类似,但石墨的结构中只有六元环,而富勒烯中可能存在五元环。
第一个预言C60分子存在的是日本人大泽,,大泽描述了二十面体和截角二十面体分子,但他并没有特别指出是C60。
大泽虽然在1970年就预言了C60分子的存在,但遗憾的是,由于语言障碍,他的两篇用日文发表的文章并没有引起人们的普遍重视,而大泽本人也没有继续对这种分子的研究,因而使得C60的发现已经是15年以后的事了
C60的发现与命名
由物理学家们在研究星际尘埃工作中意外得到。
60年代末至70年代初,日本和前苏联的科学家就各自独立的从理论上发现了C60合适的结构——一个由12个正五边形和20个正六边形组成的完美的球形结构。
1985,一位来自英国,满脑子充斥着星际间飘忽尘埃的天文学家克罗托,和两位对半导体团簇感兴趣的美国物理学家斯莫利,科尔走到一起,希望能探讨宇宙中长链碳分子的形成和光谱。在他们短短几个星期的合作过程中意外的发现:在强烈的激光脉冲辐照下产生的碳团簇中, C60具有超常的稳定性。
美国罗伯特·F.·科尔
英国哈罗德·W.·克罗托
理查德·E·斯莫利
The Nobel Prize in Chemistry 1996
由于C60分子的结构酷似足球,所以又称为足球烯(Footballene)除C60外,具有封闭笼状结构的还可能有C28、C32、C50、C70 、 C84、……C240、C540等,统称为Fullerenes,中文译名为富勒烯。
球形富勒烯可简写为C2n,其中五边形12个,六边形n-10个
目前发现最小的富勒烯为C20