115383-22-7 / 富勒烯的制備

據了解，富勒烯于1985年被發現，是單質碳的一種同素異形體。任何由碳一種元素組成，以球狀，橢圓狀，或管狀結構存在的物質，都可以被叫做富勒烯。目前，富勒烯與碳納米管、石墨烯已成為碳納米材料家族的3大代表。

富勒烯有許多獨特性質：1）硬度比鉆石還硬；2）軔度（延展性）比鋼強100倍；3）導電性比銅強，重量只有銅的六分之一；4）它的成分是碳，所以可從廢棄物中提煉。將金屬嵌入富勒烯結構中，又可以形成獨特的超導特性、順磁特性等。由于富勒烯具有完美的對稱結構、在納米尺度范圍內特殊的穩定性，以及奇異的電子結構，使其成為在許多高新技術領域應用潛力巨大、不可替代的材料，被業界稱為“納米王子”，在生物醫藥、新能源、新材料、催化劑、電子學等領域都有著重要應用。

1971年，大澤映二發表《芳香性》一書，其中描述了C60分子的設想。

1980年，飯島澄男在分析碳膜的透射電子顯微鏡圖時發現同心圓結構，就像切開的洋蔥，這是C60的第一個電子顯微鏡圖。 1983年，克羅托蒸發石墨棒產生的碳灰的紫外可見光譜中發現215nm和265nm的吸收峰，他們稱之為"駝峰"，后來他們推斷這是富勒烯產生的。

1984年，富勒烯的第一個光譜證據是在1984年由美國新澤西州的艾克森實驗室的羅芬等人發現的，但是他們不認為這是C60等團簇產生的。

1985年，英國化學家哈羅德·沃特爾·克羅托博士和美國科學家理查德·斯莫利等人在氦氣流中以激光汽化蒸發石墨實驗中首次制得由60個碳組成的碳原子簇結構分子C60，并推測這個團簇是球狀結構。自Kroto等發現富勒烯以來，富勒烯以其獨特的結構和性能（熱穩定性、抗氧化性和抗酸蝕性等）引起了科學界的普遍關注。

1990年，克利斯莫(Kriischmer)等人第一次報道了大量合成C60的方法，才使得C60的研究得以大量展開。

1991年，加州大學洛杉磯分校的霍金斯(Joel Hawkins)得到了富勒烯衍生物的第一個晶體結構，標志著富勒烯結構被準確測定。

1995年，伍德(Fred Wudl)制備出開孔富勒烯；而PCBM也被他首次制備。

1996年，羅伯特·科爾(美)、哈羅德·沃特爾·克羅托(英)和理查德·斯莫利(美)因富勒烯的發現獲諾貝爾獎。

大量低成本地制備高純度的富勒烯是富勒烯研究的基礎，克利斯莫等人在1990年首次采用電阻加熱法大量合成C₆₀為富勒烯的合成開辟了道路。此后，研究人員為提高富勒烯的產率，不斷改進工藝技術，各種制備方法不斷涌現。目前較為成熟且常用的富勒烯制備方法有：電弧石墨蒸發法、太陽能石墨蒸發法和火焰燃燒法。

一般將電弧室抽成高真空，然后通入惰性氣體如氦氣。電弧室中安置有制備富勒烯的陰極和陽極，電極陰極材料通常為光譜級石墨棒，陽極材料一般為石墨棒，通常在陽極電極中添加銖、鎳、銅或碳化鎢等作為催化劑。當兩根高純石墨電極靠近進行電弧放電時，炭棒氣化形成等離子體，在惰性氣氛下小碳分子經多次碰撞、合并、閉合而形成穩定的C60及高炭富勒烯分子，它們存在于大量顆粒狀煙灰中，沉積在反應器內壁上，收集煙灰提取。電弧石墨蒸發法制備富勒烯不產生有毒有害產物，但是成本高，非常耗電，是實驗室中合成富勒烯常用的方法之一。

太陽能蒸發法是采用聚焦太陽光作為加熱方式，在氦氣氣氛下直接蒸發石墨制備富勒烯的方法。在溫度達到3000K時，可使富勒烯產率達到20%。采用聚焦太陽光蒸發石墨的方法避免了紫外線輻射對富勒烯結構的光化學破壞作用，并使得碳蒸氣到達緩冷區之前不會凝結成碳塊，提高了富勒烯的產率，解決了電弧石墨蒸發法和等離子體石墨蒸發法產量低的問題。

燃燒法是工業中制備富勒烯的主要方法。火焰燃燒法主要是將預先混好的苯、甲苯蒸氣和氧氣經氬氣稀釋后，引入低壓（約5.32kPa）燃燒室內不完全燃燒，得到含C60和C70的煙炱，將煙炱分離提純后可得到純度為99.9%的C60。火焰燃燒法中富勒烯生成所需的能量是由燃燒本身釋放的熱量提供，通過調整壓強、氣體比例能夠在較大范圍內控制產物分布，且具有操作簡單、連續進料容易、不消耗電力等優點。因此該方法已經成為工業化生產富勒烯的主流方法。