富勒烯

碳的同素异形体
image
富勒烯，英文名为Fullerene，又称足球烯、碳笼。[2]富勒烯被定义为由12个五元环与若干个六元环组合成的全碳中空笼状结构，有球形、椭球形等形状。富勒烯的碳原子数总是偶数，根据碳原子的总数可以分为C₂₀、C₆₀、C₇₀、C₇₆、C₈₀等。其中，最小的富勒烯是C₂₀。[3]C₆₀高度对称的笼状结构使其具有较高的稳定性，所以，在富勒烯家族中，研究最为广泛的就是C₆₀。[4]
早在1965年，就有科学家提出均由碳原子组成的巨型笼状分子结构是可能存在的。1985年，美国科学家柯尔、斯莫利及英国科学家柯洛多[5]在实验室中用大功率激光汽化石墨，意外发现了一系列稳定的新型碳原子簇，这些新型碳原子簇就是富勒烯，其中含有60个碳原子的原子簇被命名为C₆₀。自此，碳的第三种同素异形体富勒烯诞生。[6]
富勒烯具有溶解性、光学性、光电导性和磁性等优良性质，另外，富勒烯也可以发生加成、聚合、氧化还原等化学反应。[2]
又因为富勒烯特殊的结构以及丰富的不饱和键，使得它易被功能化产生各种衍生物，可以有效降低困扰许多碳材料组分非均质性问题。[4]随着富勒烯的不断发展，通过在富勒烯外部或内部修饰，可以合成一系列富勒烯衍生物。[6]
富勒烯因其独特的零维结构，是近年来最重要的含碳纳米材料之一。故富勒烯及其衍生物在电、光、磁、材料学等方面都得到了广泛的应用。除此之外，富勒烯及其衍生物在催化剂、超导材料、气体存储等各个领域也都具有十分广泛的应用前景。[7][8][9]