富勒烯 - 這是什麼？ 性能和富勒烯的應用

碳或它的變形例中，富勒烯，分子同素異形體-長線C _N（N> 20）的原子簇，其被關閉內置個碳原子的凸多面體並且具有五邊形或六邊形面（這裡有非常罕見的例外）。 在未取代的球碳的碳原子往往是SP ² -Hybrid狀態因此根據價鍵理論形成的球形共軛不飽和系統3的配位數。

一般說明

碳的熱力學最穩定在正常條件下形式 - 石墨，它看起來像彼此的石墨烯片幾乎不連接的堆：一個扁平晶格，其由六方晶系的細胞，其中頂點的 - 個碳原子。 它們的每一個與三個相鄰原子相關聯，並且所述第四價電子形成的π體系。 所以，富勒烯-恰恰是這種分子形式，即畫面SP ² -Hybrid狀態是顯而易見的。 如果我們引入在石墨烯片的幾何缺陷不可避免地形成一個封閉的結構。 例如，這樣的缺陷是五元環（五邊形面），完全相同的，具有共同的六方碳化學沿。

歐拉定理指出，生產具有頂點的封閉多面體的trohkoordinirovannymi可能的，如果我們引入12個五邊形，六邊形無關面的數量。 因此，富勒烯的最小尺寸-在形式上是C ₂₀的十二面體。 然而曲率相似的結構，具有小數目的碳原子是高，因此多花² -Hybrid狀態不是非常有利的，因為碳傾向於平面配位。 這就是為什麼在最小的純形式得到的富勒烯-是C _60，具有截頂正二十面體的結構。 在它六邊形表面彼此所有五邊形分離。 富勒烯化學稱這其實是孤立的五角大樓規則，它是受一個非常接近富勒烯。

公式

Gidrantirovanny表示為C ₆₀富勒烯（C ₆₀ HyFn）。 此耐用親水性的超分子複合物，它由在所述第一殼的消防栓富勒烯C ₆₀的一個分子和24的水分子。 這是其式富勒烯- C _{60（H 2 O）24。} 它由二十個六邊形和十二個五邊形，向外類似於足球。 此外，一些富勒烯C ₇₀作為補充劑的中間結構，這將是所有的五邊形是孤立的，不存在。 由於C ₇₈富勒烯結構允許觀察每個碳骨架的幾個穩定的異構體。 理論上可能的是，存在與任何偶數個碳原子，“較高的富勒烯”富勒烯。

富勒烯的通過電弧製備更常發生或電子束方法，並通過在氦氣氛石墨的激光蒸發。 煤煙，其冷凝在反應器的表面上，在回流的苯，甲苯，二甲苯或其它有機溶劑進行處理。 將溶液蒸發，形成黑色縮合物，十到十五包括C ₇₀和C ₆₀富勒烯以及非常少量的高碳富勒烯的10％。

不同furellenami之間的比率可以變化，這取決於合成參數，但通常_在60℃為準，它是大幾倍。 其中最最高C _{78，C 76}和C _84。 在一般的圖片出現在所有產品富勒烯的合成的比例在下降。 這是由於，最有可能的，以裝配小簇最初蒸發的大型結構的低概率。

含有水富勒烯

最常見和最廣泛研究的是C _60，其中所述物質的一個分子實際上有24個水分子。 此富勒烯分子具有高對稱性，其中所有的原子是等價的。 其球形的形式是從原子核的中心至約0.36納米，約0.5nm的半徑的距離。 其形成分子晶體，其中分子是面心立方晶格，三層最密集球形填料。 在高溫下_，60℃昇華不形成液相。 最重要的是將其溶解在二硫化碳溶劑的類型的芳香物質，和極性 - 更糟。 細長的橢圓形形狀₇₀ C，以及更高的富勒烯具有的物理性質非常類似於C _60。

而在化學領域他們更大方，給每一個機會，讓他們的不同類別的衍生物：金屬富勒烯，heterofullerene。 的產品更豐富的所有ekzoendralnogo（outer-）連接的家庭，因為每個碳原子 - 可用的反應位點。 這些富勒烯的性質。 它們是通過創造新產品，鹵素原子和氫原子，有機基團，從屬關係偶數週期可以發生接合。 得到的含富勒烯多級化合物的高分子材料。 ₆₀ K C的加入到48的取代基不破壞碳骨架。 因此，例如，以C ₆₀獲得_˚F48，以及被利用許多這樣的化合物，其中，所述基礎是富勒烯。

應用

幾乎富勒烯有興趣完全不同的領域。 考慮到它們的電子特性的可以被認為是它們和它們作為半導體衍生物。 富勒烯容易吸收紫外線輻射，它們具有高的吸電子能力。 所有這些特性使得有可能在光伏應用它們，光電傳感器，各種分子電子學的太陽能供電的裝置。 富勒烯被用於醫學作為抗病和抗微生物劑，如在光動力療法和米劑。P.

現代技術使相對較快地增加單位總數量，以獲得更多的富勒烯也更好，更有效的工作方法為他們治療。 這就是為什麼成本，例如，C ₆₀大大超過過去十年（每克一萬到十到十五美元）下降了一半。 現在我們面臨的情況是，真正的工業應用和富勒烯下降的人。 它們的使用正在增長，每天都在增長。

有關打開信息

著名的建築師和工程師Richarda Bakminstera Fullera，誰是他們的結構的基礎上，發明了測地結構命名的富勒烯。 首先，這類化合物被限制的結構中，其中包括僅六和五角形面。 如果一個富勒烯分子的除碳原子存在的其他化學元素，並且它們存在於碳的框架內的組合物，這些內含式富勒烯調用。 如果原子的其他元件位於外的富勒烯獲得exohedrally。 他們的名字，這種分子形式是不是很早就 - 在1985年，一組研究人員提出富勒烯的意外發現。 小，克羅托，捲曲和其它化學家研究了通過激光燒蝕（照射）固體得到的石墨對。 峰被發現，其具有對應於60和70個碳原子的簇的最大振幅。

因此，我們計算出分子C ₆₀的和C _70，以及第一分子是建立在一個截二十面體形狀的假設。 這是最常見的C ₆₀名為bakminsterfullerenom和分子的其餘部分-只是富勒烯。

科學家，化學家在架構深諳念著富勒，是誰建的圓頂上的建築物等等 - 五邊形，六邊形偶，那絕對是所有富勒烯分子骨架的結構的基礎。 然而，這是 - 一個引人入勝的故事，而不是沒有一個有趣的歷史。 上存在這樣的分子稍早它被寫在日本（1971），並且所述理論基礎的可能性，獲得並發表在USSR（1973）。 然而，克羅托，捲曲和小獲得 諾貝爾化學獎。

自然和技術

純富勒烯的製備通過人工合成是可能的。 這些化合物繼續進行了深入研究在不同的國家，設置在其下它們的形成條件發生，並且被認為是富勒烯結構和它們的屬性。 應用的日益成長的領域。 原來所含的煙塵，其形成在石墨電極的電弧放電富勒烯的顯著量。 早些時候，這一事實根本就不曾出現過。

當富勒烯中的實驗室條件，碳分子下生產，並開始在自然界中被檢測到。 在卡累利阿，我們發現他們shungites樣本，印度和美國 - 在furulgitah。 在隕石和沉積物中也有很多和頻繁的碳分子在底部，這是不超過6500萬年少。 在地球上純球碳可以從雷擊和天然氣的燃燒來形成。 接管地中海空氣樣本進行了研究，在2011年，它被發現，所採取的所有樣本 - 從伊斯坦布爾到巴塞羅那 - 有富勒烯。 該物質的物理性質導致自發形成。 此外它的大量空間被發現 - 在氣態，並以固體形式。

合成

富勒烯的隔離的第一實驗通過石墨，這是由固體石墨的樣品的激光照射的照射得到的冷凝的蒸汽發生。 設法只富勒烯的痕跡。 只有在1990年由化學家霍夫曼，羊肉和克雷奇默爾開發生產克數量富勒烯的新方法。 它包括在氦氣氛中和在低壓下通過電弧燃燒石墨電極。 是陽極的侵蝕和室壁出現煤煙含富勒烯。

另外，煤煙溶解在甲苯或苯，然後將所得溶液站在克純分子C ₇₀和C _60。 比 - 1：3。 此外，解決方案由重鏈和兩條％的高階富勒烯。 現在很容易：選擇用於蒸發的最優參數 - 的氣氛，壓力，電極的直徑，電流等的組合物，以實現富勒烯的最大產率。 他們到實際的陽極材料的大約12％。 這就是為什麼如此昂貴的富勒烯。

生產

所有嘗試實驗的科學家首先都是徒勞的：生產富勒烯的生產和便宜的方法。 無論是碳氫化合物或化學合成的燃燒的火焰是不成功的。 電弧法一直是最有成效的，可以讓你獲得約1g每小時富勒烯。 公司三菱公司開發製造烴燃燒的方法，但它們不是純富勒烯 - 它們包含的氧分子。 到目前為止仍不清楚形成這種物質的機制，因為電弧過程是從熱力學角度極不穩定，這是非常強烈抑制考慮理論。 僅鐵證收集個體富勒烯碳原子，即-C ₂片段。 然而，這種物質的形成清晰的畫面尚未形成。

燃燒時富勒烯的高成本確定不但產量低。 分離，純化，不同質量的煙塵的富勒烯的分離 - 所有這些過程是相當複雜的。 特別是它涉及到混合物分離成單獨的分子級分，其由液體柱色譜和高壓保持。 在溶劑殘留的最後階段是從已有了堅實的富勒烯刪除。 對於這種樣品在高達250攝氏度的溫度下在動態真空下保持。 但優點是富勒烯C ₆₀的開發過程中，並接受它在宏觀數量已經有機化學已經成長獨立的分支-富勒烯的化學反應，這已成為非常受歡迎。

好處

富勒烯衍生物在各種技術領域中使用。 箔和富勒烯晶體 - 光照射下具有半導體光電導性。 晶C _60，如果鹼金屬的摻雜原子，過渡到超導狀態。 富勒烯溶液具有非線性光學性質，並因此可被用作所必需的保護從強烈輻射的光學快門的基礎。 也富勒烯用作金剛石合成的催化劑。 富勒烯被廣泛應用於生物學和醫學。 它採用這些分子的三個屬性：確定membranotropnyh親脂性，elektronodefitsit給予與自由基相互作用的能力，而且還傳送氧分子常規自己激發態和打開氧單線的能力。

這樣的反應性物質攻擊生物分子：核酸，蛋白質，脂質。 活性氧在治療癌症的光動力療法使用。 患者的血液被引入光敏劑，生成活性氧 - 實際上富勒烯或其衍生物。 在腫瘤中血流量比健康組織更弱，並且由於光敏劑積聚在它，並且該分子的照射方向後通過產生活性氧物質激發。 癌細胞經歷凋亡，並且腫瘤被破壞。 除此之外 - 富勒烯具有抗氧化性能和阱活性氧。

富勒烯降低HIV整合酶的活性，也就是負責整合的病毒進入DNA通過改變構象和剝奪他擊毀的主要功能與它交互的蛋白質。 一些富勒烯衍生物的直接與DNA相互作用並抑制動作restiktaz。

更多關於藥

2007年，水溶性富勒烯開始被用於食用它們作為抗過敏藥。 C60（淨）x和C60（OH）X - 研究在人體血液和細胞已經暴露富勒烯衍生物進行。 在對生物體的實驗 - 小鼠 - 結果呈陽性。

已經，用作藥物遞送載體的物質，因為含有富勒烯的水（疏水性召回C ₆₀的_）穿透細胞膜是很容易的。 例如，促紅細胞生成素 - 腎激素直接輸入到血液中，是在一個顯著量劣化，並且如果它與富勒烯一起使用時，濃度增加一倍以上，因為它得到進入細胞。