2024年8月8日发(作者：姚鸿煊)
【高中化学】富勒烯C60及其应用
众所周知，碳元素有两种同素异形体－金刚石，石墨。1970年，日本科学家小泽预言，
自然界中碳元素还应该有第三种同素异形体存在。经过世界上各国科学家15年的不懈努
力和艰苦探索终于在1985年由美国rice大学的kroto等人在激光汽化石墨实验中首次发
现含有60个碳原子的原子簇命名为c60及含有70个碳原子的原子簇命名为c70，c60及
c70均具有笼形结构，在物理及化学性质上可看作三维的芳香化合物，分子立体构型属于
d5h点群对称性。c60中20个正六边形和12个正五边形构成圆球形结构，共有60个顶点，
分别由60个碳原子所占有，经证实它们属于碳的第三种同素异形体，命名为富勒烯
(fullerene）．以后又相继发现了c44、c50、c76、c80、c84、c90、c94、c120、c180、
c540。等纯碳组成的分子，它们均属于富勒烯家族，其中c60的度丰约为50%,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。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。
一、超导体
c60分子本身就是不导电的绝缘体，但当碱金属镶嵌人c60分子之间的空隙后，c60
与碱金属的系列化合物将转型为超导体，如k3c60即为超导体，且具备很高的超导临界温
度。与氧化物超导体比较，c60系列超导体具备轻松的三维超导性，电流密度小，稳定性
低，不易展成线材等优点，就是一类极具价值的新型超导材料。
二、有机软铁磁体
与超导性一悖论，铁磁性就是物质世界的另一种奇特性质。allemand等人在c60的甲
苯溶液中重新加入过量的弱供电子有机物四(二甲氨基)乙烯(tdae)，获得了
c60(tdae)0.86的黑色微晶结晶，经磁性研究后说明就是一种不不含金属的软铁磁性材料。
居里温度为16.1k,低于迄今报导的其它有机分子铁磁体的居里温度。由于有机铁磁体在磁
性记忆材料中存有关键应用领域价值，因此研究和研发c60有机铁磁体，特别就是以廉价
的碳材料做成磁铁替代价格昂贵的金属发抖铁具备非常关键的意义。
三、光学材料
由于c60分子中存有的三维高度非定域(电子共轭结构使它具备较好的光学及非线性
光学性能。如它的光学限制性在实际应用领域中可以作为光学限幅器。c60还具备很大的
非线性光学系数和低稳定性等特点，并使其作为新型非线性光学材料具备关键的研究价值，
可望在光排序、光记忆、光信号处理及掌控等方面有所应用领域。除了人研究了c60化合
物的倍频积极响应及荧光现象，基于c60光电Auron性能的光电开关和光学玻璃已研制成
功。c60与花生酸混合制得的c60－花生酸多层lb膜具备光学积累和记录效应。
四、功能高分子材料
由于c60特定笼形结构及功能，将c60作为新型功能基团导入高分子体系，获得具备
出色导电、光学性质的新型功能高分子材料。从原则上谈，c60可以惹来人高分子的主链、
侧链或与其它高分子展开共混，nagashima等人报导了首例c60的有机高分子c60pdn并从
实验和理论上研究了它具备的催化剂二苯乙炔甲醇的性能，报导c60/c70的混和物
渗透到闪烁高分子材料聚乙烯咔唑（pvk）中，获得新型高分子光电导体，其光导性能可
以与某些最出色的光导材料相媲美。这种光电Auron材料在静电影印、静电光学以及光观
测等技术中存有广泛应用。c60混入共聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）可以沦为很存有前途的
光学限幅材料。另外，c60参杂的聚苯乙烯的光学双稳态犯罪行为也存有报导。
五、生物活性材料
nelson等人报导c60对田鼠表皮具备潜在的肿瘤毒性。baier等人指出c60与超氧阴
离子之间存有相互作用。1993年friedman等人从理论上预测某些c60衍生物将具备遏制
人体免疫缺损蛋白酶hivp活性的功效，而艾滋病研究的关键就是有效率遏制hivp的活性。
日本科学家报导一种水溶性c60羧衍生物在红外线反射下具备遏制毒性细胞生长和并使
dna脱落的性能，为c60衍生物应用于光动
力疗法开辟了广阔的前景。1994年toniolo等人报道一种水溶注c60?多肽衍生物，
可能在人类单核白血球趋药性和抑制hiv-1蛋白酶两方面具有潜在的应用，黄文栋等人制
得水溶性c60－脂质体，发现其对癌细胞具有很强的杀伤效应。台湾科学家报道多羟基
c60衍生物?富勒酵具有吞噬黄嘌呤／黄嘌呤氧化酶产生的超氧阴离子自由基的功效，还对
破坏能力很强的羟基自由基具有优良的清除作用。利用c60分子的抗辐射性能，将放射性
元素置于碳笼内注射到癌变部位能提高放射治疗的效力并减少副作用。
六、其它应用领域
c60的衍生物c60f60俗称“特氟隆”可做为“分子滚珠”和“分子润滑剂”在高技术
发展中起重要作用。将锂原子嵌人碳笼内有望制成高效能锂电池。碳笼内嵌人稀土元素铕
可望成为新型稀土发光材料。水溶性钆的c60衍生物有望做为新型核磁造影剂．高压下
c60可转变为金刚石，开辟了金刚石的新来源。c60及其衍生物可能成为新型催化剂和新
型纳米级的分子导体线、分子吸管和晶须增强复合材料。c60与((环糊精、环芳烃形成的
水溶性主客体复合物将在超分子化学、仿生化学领域发挥重要作用。
2024年8月8日发(作者：姚鸿煊)
【高中化学】富勒烯C60及其应用
众所周知，碳元素有两种同素异形体－金刚石，石墨。1970年，日本科学家小泽预言，
自然界中碳元素还应该有第三种同素异形体存在。经过世界上各国科学家15年的不懈努
力和艰苦探索终于在1985年由美国rice大学的kroto等人在激光汽化石墨实验中首次发
现含有60个碳原子的原子簇命名为c60及含有70个碳原子的原子簇命名为c70，c60及
c70均具有笼形结构，在物理及化学性质上可看作三维的芳香化合物，分子立体构型属于
d5h点群对称性。c60中20个正六边形和12个正五边形构成圆球形结构，共有60个顶点，
分别由60个碳原子所占有，经证实它们属于碳的第三种同素异形体，命名为富勒烯
(fullerene）．以后又相继发现了c44、c50、c76、c80、c84、c90、c94、c120、c180、
c540。等纯碳组成的分子，它们均属于富勒烯家族，其中c60的度丰约为50%,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。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。
一、超导体
c60分子本身就是不导电的绝缘体，但当碱金属镶嵌人c60分子之间的空隙后，c60
与碱金属的系列化合物将转型为超导体，如k3c60即为超导体，且具备很高的超导临界温
度。与氧化物超导体比较，c60系列超导体具备轻松的三维超导性，电流密度小，稳定性
低，不易展成线材等优点，就是一类极具价值的新型超导材料。
二、有机软铁磁体
与超导性一悖论，铁磁性就是物质世界的另一种奇特性质。allemand等人在c60的甲
苯溶液中重新加入过量的弱供电子有机物四(二甲氨基)乙烯(tdae)，获得了
c60(tdae)0.86的黑色微晶结晶，经磁性研究后说明就是一种不不含金属的软铁磁性材料。
居里温度为16.1k,低于迄今报导的其它有机分子铁磁体的居里温度。由于有机铁磁体在磁
性记忆材料中存有关键应用领域价值，因此研究和研发c60有机铁磁体，特别就是以廉价
的碳材料做成磁铁替代价格昂贵的金属发抖铁具备非常关键的意义。
三、光学材料
由于c60分子中存有的三维高度非定域(电子共轭结构使它具备较好的光学及非线性
光学性能。如它的光学限制性在实际应用领域中可以作为光学限幅器。c60还具备很大的
非线性光学系数和低稳定性等特点，并使其作为新型非线性光学材料具备关键的研究价值，
可望在光排序、光记忆、光信号处理及掌控等方面有所应用领域。除了人研究了c60化合
物的倍频积极响应及荧光现象，基于c60光电Auron性能的光电开关和光学玻璃已研制成
功。c60与花生酸混合制得的c60－花生酸多层lb膜具备光学积累和记录效应。
四、功能高分子材料
由于c60特定笼形结构及功能，将c60作为新型功能基团导入高分子体系，获得具备
出色导电、光学性质的新型功能高分子材料。从原则上谈，c60可以惹来人高分子的主链、
侧链或与其它高分子展开共混，nagashima等人报导了首例c60的有机高分子c60pdn并从
实验和理论上研究了它具备的催化剂二苯乙炔甲醇的性能，报导c60/c70的混和物
渗透到闪烁高分子材料聚乙烯咔唑（pvk）中，获得新型高分子光电导体，其光导性能可
以与某些最出色的光导材料相媲美。这种光电Auron材料在静电影印、静电光学以及光观
测等技术中存有广泛应用。c60混入共聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）可以沦为很存有前途的
光学限幅材料。另外，c60参杂的聚苯乙烯的光学双稳态犯罪行为也存有报导。
五、生物活性材料
nelson等人报导c60对田鼠表皮具备潜在的肿瘤毒性。baier等人指出c60与超氧阴
离子之间存有相互作用。1993年friedman等人从理论上预测某些c60衍生物将具备遏制
人体免疫缺损蛋白酶hivp活性的功效，而艾滋病研究的关键就是有效率遏制hivp的活性。
日本科学家报导一种水溶性c60羧衍生物在红外线反射下具备遏制毒性细胞生长和并使
dna脱落的性能，为c60衍生物应用于光动
力疗法开辟了广阔的前景。1994年toniolo等人报道一种水溶注c60?多肽衍生物，
可能在人类单核白血球趋药性和抑制hiv-1蛋白酶两方面具有潜在的应用，黄文栋等人制
得水溶性c60－脂质体，发现其对癌细胞具有很强的杀伤效应。台湾科学家报道多羟基
c60衍生物?富勒酵具有吞噬黄嘌呤／黄嘌呤氧化酶产生的超氧阴离子自由基的功效，还对
破坏能力很强的羟基自由基具有优良的清除作用。利用c60分子的抗辐射性能，将放射性
元素置于碳笼内注射到癌变部位能提高放射治疗的效力并减少副作用。
六、其它应用领域
c60的衍生物c60f60俗称“特氟隆”可做为“分子滚珠”和“分子润滑剂”在高技术
发展中起重要作用。将锂原子嵌人碳笼内有望制成高效能锂电池。碳笼内嵌人稀土元素铕
可望成为新型稀土发光材料。水溶性钆的c60衍生物有望做为新型核磁造影剂．高压下
c60可转变为金刚石，开辟了金刚石的新来源。c60及其衍生物可能成为新型催化剂和新
型纳米级的分子导体线、分子吸管和晶须增强复合材料。c60与((环糊精、环芳烃形成的
水溶性主客体复合物将在超分子化学、仿生化学领域发挥重要作用。