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富勒烯介绍
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富勒烯的结构与性质
一、基础结构
1）.富勒烯分子
富勒烯( Fullerene)是一种单质碳元素构成的同素异形体。由一种元素碳的五元环和六元环组成，以球状或椭圆状结构存在的物质，都可以被叫做富勒烯，稳定存在的富勒烯必须满足独立五元环规则。
2）.足球烯
最常见的富勒烯为C60，分子量为720，它是由60个碳原子通过20个六元环和12个五元环连接而成的具有30个碳碳双键的足球状空心对称分子，因它酷似足球，所以富勒烯也被称为足球烯。
富勒烯直径只有0.7纳米，每一毫克纯富勒烯里有8.36e17（8.36亿个亿）个富勒烯分子，如同富勒烯与足球的直径比例等同于足球与地球的直径的比例。同时由于富勒烯完美的对称结构、在纳米尺度范围内特殊的稳定性，以及奇异的电子结构使其成为在许多高新技术领域应用潜力巨大的材料，被业界称为”纳米王子“
二、微观性质
质量密度：1.72g/cm3 ;分子密度：1.44x1021/cm3；相转变温度：255K，90K;德拜温度：185K；电阻率: 1014ohms m-1；介电常数：4.0-4.5；沸点: 800K下升华。
2）.晶型结构
C60平均直径: 6.83Å；晶型结构：面心立方晶体结构；晶格常数：14.17Å。
3）.稳定性
C60是由12个五元环和20个六元环碳原子组成的中空笼状结构。由于五元环是张力环，六元环是非张力环，因此富勒烯的结构与稳定性由所谓的五元环分离规则决定。
4）.对称性
C60为60个碳原子组成的球形32面体；它含有12个正五边形面和20个正六边形面, 60个顶点分别由60个碳原子占据，每个碳原子都处在一个五边形和两个六边形的连接点上以每个碳原子为顶点坐标，左右结构都是对称。
5）.中控性
C60晶体是面心立方晶体结构，在其四面体和八面体间隙位置可以掺加入碱金属原子，形成MxC60晶体，如K3C60、Cs2RbC60。
三、物理性质
1）.溶解性
非极性分子C60具有高度对称性，它在不同有机溶剂中的溶解性是不同的。C60在芳香族溶剂中的溶解速度不快，且在脂肪烃中的溶解度存在着一定的规律：随着溶剂分子中碳原子数目的增加，溶解度逐渐增大 , 目前用于溶解C60最常用的溶剂为甲苯。
2）.超导性
面心立方的固态C60是能隙为1.5eV的半导体，但其具有很强的电子亲和力，从而使得导电性得到改善。C60和碱金属作用，形成稳定的复合型离子化合物，这种复合型离子化合物就会转变成为超导体，表现出良好的超导性。
4）.光电导性
C60具有吸电子性，易与供电子的有机物结合，生成电荷转移型材料，光的吸收增大会得到更多的电子、空穴载流子，电导率因而增大。这样的材料可以用于光敏器件、静电复印等方面。
5）.非线性光学性质
富勒烯C60具有良好的非线性光学性质，它是电子共轭的笼形结构存在着三维高度非定域，大量的共轭r电子云分布在其内外表面上。C60在光的散发后会发生光电子的转移，形成电子一空穴对，由此预测C60是很好的光电导材料。
四、化学性质
1）.与金属反应
芳烃一般都具有易与亲电试剂发生亲电取代反应富电子反应性的特征。C60却十分反常，它具有缺电子化合物的生质，倾向于得到电子，易与亲核试剂(如金属)反应K3C60。
2）.加成反应
C60具有不饱和性加成反应主要有C60亲核加成反应和C60亲电加成反应。它可以和胺类、磷酸盐、磷化物等发生亲核加成反应，还可以与CH3I在格氏试剂作用下反应，生成烷基化物。
3）.聚合反应
在光辐射照的条件下，C60分子可以发生聚合反应。如利用紫外光辐射C60薄膜，发现C60分子之间可以发生价健结合，质谱检测到高达20个C60聚合的现象。
4）.其他反应
具有芳香性，一般稠环芳香烃的反应，如还原反应生成氢化物。而且富勒烯能够产生氧化、光敏化、与自由基反应。