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足球烯在生活中如何应用?

钜大LARGE  |  点击量:7550次  |  2018年06月08日  

  自富勒烯被发现以来,其以独特的结构引起了研究者的广泛关注。富勒烯及其衍生物的自组装及性质研究已经成为研究热点之一。C60分子是富勒烯家族中重要的成员,是由60个碳原子构成的分子,由12个正五边形、20个正六边形组成,形似足球,又名足球烯。C60在大部分溶剂中溶解性很差,但能溶解在芳香性溶剂中,如甲苯、氯苯或非芳香性溶剂二硫化碳。因此,可以将C60溶于溶剂中,然后采用缓慢蒸发溶剂法获得各种结构的C60组装的碳材料。

  已经报道的由C60组装得到碳材料的形貌包括纳米棒、纳米球、纳米管、纳米膜、纳米须、纳米片和纳米带等。C60作为一种新型的碳材料具有独特的理化性质。此外,在结构材料中引入C60及其衍生物可使其物理、化学性质和性能得到较大改善,表现出独特的光电学、材料科学和生物医学等性能。因此,发展C60及其衍生物材料在应用研究方面是一项富有挑战性的科研工作。

  ——催化

  将C60少量的添加到纳米ZnO中,可以明显地提高其光催化活性。其原因是C60和ZnO之间的协同作用促进了电子和空穴的分离,从而提高其光催化效率。活性物种检测实验结果表明,羟基自由基和光生空穴在催化过程中起主要作用。掺杂3%C60的催化剂催化镁离子插层多环芳香卤素化合物反应,用于格氏试剂的制备,收率较好。含3%C60的混合金属盐(Mg,ZnCl2和LiCl)有利于官能化的聚锌试剂的制备。由此产生的镁和有机锌试剂可以与亲电试剂进行有效地反应。

  ——光能转换

  研究人员制备得到了氧化石墨烯和Li+@C60复合物。研究表明,Li+与氧化石墨烯的官能团相互作用,不同于π-π相互作用。Li+@C60插层到氧化石墨烯的层间可以诱导光电子转换,提高电极产生光电流,是很好的光电器件材料。Bang利用巯基官能团把CdSe量子点与C60连接起来形成复合物,利用瞬态吸收光谱和光电测量研究其光电转换性质。研究表明,CdSe量子点与C60之间的电子转换率常数随着CdSe量子点尺寸的减小而升高。更慢的空穴传输速度和更快的电荷重组及输运均对电子注入过程有影响,从而限制了CdSe量子点GC60太阳能电池最大功率的输出。

  ——电化学

  研究人员利用富勒烯内的氧化还原活性,设计得到了基于亲水性C60纳米材料的氧化还原探针。首先,采用相转移法制备得到了C60颗粒,然后利用聚酰胺(PAMAM)修饰C60颗粒,将Au纳米颗粒吸附在修饰后的C60颗粒上,得到AuGPAMAM-C60颗粒。以此作为氧化还原探针和纳米载体标记检测抗体。促红细胞生成素和抗体标记的AuGPAMAM-C60颗粒的夹心免疫反应后得到免疫传感器,进一步培养一个四辛基溴化铵作为激发Au-PAMAM-C60颗粒内氧化还原活性的助推器。因此,可以观察到一对可逆的氧化还原峰。这说明,该传感器具有较宽的线性检测范围和相对较低的促红细胞生成素的检测限。

  三大问题待解

  C60自组装碳材料是一类新型的碳材料,因其可以构筑出多种多样的新颖形貌和结构而具有优异的理化性质,从而在诸多领域具有潜在的应用价值。目前,已经通过各种方法得到的C60自组装碳材料较多,合成方法简易。但是,该类材料得以在实际领域中应用,仍有较多的问题需要解决:

  1.虽然C60自组装碳材料的合成操作简易,但是,这些方法均是在实验室条件下进行的,少量制备还可以,对于实际需要的大量制备还不能满足;

  2.对C60自组装碳材料的生长机理研究还不系统,C60自组装的诱导力集中在分子间的范德华力上,只有少量文献对其进行报道。需要进一步扩展自组装的诱导力,并系统的研究C60自组装碳材料的生长机制,对可控生长提供理论依据和引导;

  3.对C60自组装碳材料的应用潜力的研究和开发的还不充分。比如,有关C60的光能转化材料的转化效率还不理想,能够转化成实际应用的例子极少。

  对C60自组装碳材料的优异性质及应用潜力的研究应该继续深入。相信经过科研工作者的努力,对C60自组装碳材料的制备及应用研究都会取得突破性进展,并将其转化成实际应用,改善人们的生活。

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