富勒烯制备与分离方法研究进展.doc

富勒烯制备与分离方法研究进展 魏贤凤 1 , 2 , 龙新平 3 , 韩 勇 1 ( 1. 中国工程物理研究院化工材料研究所 , 四川 绵阳 6 2 1 9 0 0; 2. 北京理工大学机电工程学院 , 北京 1 0 0 0 8 1; 3. 中国工程物理 研究院 , 四川 绵阳 6 2 1 9 0 0 ) 摘 要 : 对富勒烯 ( Fu lle re n e )的制备与分离提纯方法进行了概述 。分析了电弧法 、激光蒸发石墨法 、等离子体蒸发石墨法 、苯燃烧 法 、催化热分解法及爆炸辅助气相沉积法制备富勒烯等方法的优缺点 , 认为 , 富勒烯的制备过程中受到反应区温度 、压强 、退火温 度 、催化剂和保护气体等多种因素的影响 。综合评估几种方法 , 认为苯燃烧法成本优势较明显 , 是国际上工业化生产的主流方法 。 分离与提纯是富勒烯生产的关键和难点 , 目前的分离与提纯方法成本高 、效率低 ,寻找快速有效的富勒烯分离和提纯方法十分重要 。 关键词 : 有机化学 ; 富勒烯 ; 制备 ; 分离 ; 提纯 中图分类号 : TJ5 5; TQ 5 6 0. 7; O 6 2 文献标识码 : A D O I: 1 0. 3 9 6 9 / j. issn. 1 0 0 6 29 9 4 1. 2 0 1 1. 0 5. 0 2 5 大学 、浙江大学 、复旦大学 、南京大学 、吉林大学等研究 所和高校开展了富勒烯的合成及分离的相关研究工作 , 1 引 言 [ 1 0 ] 并取得了一定成果 , 在国际上产生了重要的影响 。 富勒烯具有很高的应用价值 , 目前各国都在加紧 研究高产率的富勒烯制备方法 , 以求在富勒烯生产方 面获得领先地位 , 但富勒烯总体产量很低 , 价格昂贵 , 不能满足应用研究的需求 。国内富 勒 烯研 究起 步 较 晚 , 发展相对落后 , 加强对富勒烯制备方法的研究尤为 重要 。本文对现有的富勒烯制备与分离方法进行了介 绍 , 并且对影响富勒烯形成的各项因素进行了分析 。 富勒烯 ( Fu lle re n e ) 是全碳分子的一系列笼形单 质分子的总称 , 包括 C6 0 、C7 0 、碳纳米管等 , 是 2 0 世纪 8 0 年代发现的新型碳材料 。富勒烯与石墨 、金刚石一 样 , 是碳的一种同素异形体 。富勒烯独特的笼状结构 和物理化学性质 , 使其具有广阔的应用前景 : 富勒烯 能够作为储氢材料 [ 1 - 2 ] ; 富勒烯掺杂放射性物质目前 已应用于生 物医 学 [ 3 - 4 ] ; C 、C 具 有 持久 的光 电 导 6 0 7 0 效应 , 在光电子器件领域具有很高的应用价值 [ 5 ] 。富 勒烯及其衍生物的出现 , 对电 、光 、磁 、材料学等方面产 生了深远的影响 , 成为当前的研究热点 。 1 9 9 0 年 Kr?tshm e r 和 H u ffm a n [ 6 ] 首次 成 功 获 得 了含量为 1 %的富勒烯烟灰 , 之后 , 富勒烯的制备 、形 成机理 、理论计算及应用等相关 研 究工 作迅 速 展开 。 1 9 9 2 年 , Sm a lle y 等 [ 7 ] 与 Eb b e se n 等 [ 8 ] 分别对富勒烯 形成机理进行了研究 。 1 9 9 8 年 , B la n k 和 B u ga 等 [ 9 ] 对高压下 C6 0的聚合态进行了详细分析研究 。他们的 工作为富勒烯制备条件的控制提供了理论上的指导 。 中国科学院化学研究所 、中国科学院物理研究所 、北京 2 富勒烯制备方法 [ 1 1 ] 自 1 9 8 5 年 Kro to 等 发现 C6 0以来 , 各种富勒烯 的制备方法不断出现 。研究者们为了提高富勒烯的产 率 , 不断改进工艺技术 , 尝试新的生产方法 。到目前为 止 , 制备富勒烯的方法主要有两大类 :蒸发石墨法和火 焰 (加热 )法 。 2. 1 蒸发石墨法 蒸发石墨法又分激光蒸发石墨法 、电弧法 、等离子 体蒸发石墨法等 , 它们的区别在 于 加热 方式 的 不同 。 蒸发石墨法制备富勒烯的关键在于 : 反应区域温度足 够高 , 能够蒸发出游离态的碳 , 供富勒烯形成 。 2. 1. 1 激光蒸发石墨法 1 9 8 5 年 , Kro to 等 [ 1 1 ] 用 激 光 蒸 发 石 墨 法 发 现 了 C6 0和 C7 0 , 并预言了它们的结构和性质 。图 1 是其原 始反应装置图 。 收稿日期 : 2 0 1 0 21 0 21 7; 修回日期 : 2 0 1 1 20 1 22 4 基金项目 : 中国工程物理研究院科学技术发展基金 (