高能轟擊粒子----C60能夠得到或失去電子形成離子,帶電巴基球可以用作物理碰撞的高能轟擊粒子。
1992年9月,法國(guó)奧塞(Or-say)核物理研究所與厄普撒拉(Uppsala)大學(xué)的研究人員用線性加速器將C60離子加速至具有近5000萬(wàn)電子伏的能量。由于C60離子的質(zhì)量和體積均較大,高能C60離子束轟擊固體靶時(shí)不能穿透固體,而是停留在表淺的位置,從而將大量的能量施放在固體表面,可以使固體在加速的同時(shí)獲得巨大的能量,有助于研究高能離子轟擊固體靶時(shí)產(chǎn)生的物理變化。C60離子轟擊實(shí)驗(yàn)開(kāi)創(chuàng)了物理碰撞研究的新領(lǐng)域.另外,C60離子束還有可能在分子束誘發(fā)核聚變的研究中得到應(yīng)用。富勒烯及其衍生物物理性質(zhì)的應(yīng)用是多方面的。早在1991年,阿萊芒等人發(fā)現(xiàn)C60絡(luò)合物可以在沒(méi)有金屬存在的情況下表現(xiàn)出鐵磁性特征,從而有希望開(kāi)拓磁性記憶材料的一個(gè)新方向。用C60還能在CaAs晶體基質(zhì)上制成C60-K3C60異質(zhì)結(jié)膜,并可將其用于微電子器件等方面。隨著研究的深入,富勒烯獨(dú)特的物理性質(zhì)將為其應(yīng)用開(kāi)辟一個(gè)廣闊的領(lǐng)域
化學(xué)性質(zhì)的應(yīng)用---富勒烯電化學(xué)
C60具有完美對(duì)稱的足球結(jié)構(gòu),反應(yīng)在其電子能級(jí)上具有較高的簡(jiǎn)并度.理論計(jì)算表明,C60分子的電子能級(jí)簡(jiǎn)并度最高可達(dá)五重。C60的最低未占據(jù)分子軌道(LUMO)是三重簡(jiǎn)并的tlu態(tài),使得C60具有很高的電負(fù)性,它能夠接受電子而形成帶負(fù)電子的陰離子。高度結(jié)構(gòu)對(duì)稱性與分子軌道簡(jiǎn)并度結(jié)合起來(lái),使得C60分子具有非常豐富的氧化還原性質(zhì)。由于C60分子具有較高的電離勢(shì)(C60的第一電離能約為7.6eV),因此一般說(shuō)來(lái),C60的電化氧化是較為困難的,雖然也有人報(bào)道C60和C70的電化學(xué)不可逆氧化反應(yīng),但更常見(jiàn)的是富勒烯的電化還原.豪夫勒(R. E. Haufler)和斯莫利等首先采用循環(huán)伏安特性方法在溶液中產(chǎn)生了離子形式的C60。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中使用了玻璃狀碳鈕扣電池,并用鉑絲作為反電極。C60進(jìn)行的這個(gè)還原反應(yīng)是可逆的,顯示出使用電化學(xué)方法生產(chǎn)穩(wěn)定的“富勒烯化合物(fulleride)”鹽的可能性。這可能導(dǎo)致新材料的發(fā)現(xiàn),并可能制成一類新的可充電電池。C70和C60的電化學(xué)行為幾乎是相同的,在合適的溶劑中C60能夠被還原成六價(jià)離子,與理論預(yù)測(cè)的C60能接受6個(gè)電子于很困難的勻質(zhì)大塊化合物的還原中。巴德(A. J. Bard)等首先進(jìn)行了鉑電極上C60膜的電化學(xué)研究,這種膜的電化學(xué)性質(zhì)是較為復(fù)雜的,并具有不可逆性。查伯(Y. Chabre)等人采用全固態(tài)電化學(xué)電池和聚合物電解質(zhì)成功地將鋰摻入C60中,實(shí)驗(yàn)確定在連續(xù)加入電子過(guò)程中LixC60中的x值為0,5,2,3,4和12,最后的Li∶C的比例達(dá)到相當(dāng)于Li12C60即LiC5,這是Li嵌入石墨化合物中的飽和值。查伯等還研究了固態(tài)C60電極上鈉的電化學(xué)嵌入過(guò)程.C60的固態(tài)電化學(xué)研究為生產(chǎn)摻雜富勒烯化合物提供了新的途徑。C60還容易發(fā)生電化學(xué)加氫反應(yīng).C60電極能夠通過(guò)氫而發(fā)生電化學(xué)充電反應(yīng),而生成的C60Hx可以以很高的效率放電。富勒烯的伯奇(Birch)還原反應(yīng)和催化氫化反應(yīng)得到的產(chǎn)物很多,有C60H18、C60H36、C60H56及完全氫化的C60H60等,還有C70的加氫產(chǎn)物C70H46.富勒烯加氫化合物非常穩(wěn)定,具有廣闊的應(yīng)用前景.利用它們能夠安全地大量收集和儲(chǔ)存氫的性質(zhì),作為儲(chǔ)存氫氣的材料,這可以應(yīng)用在氫的純化、吸收、氫燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)以及氫—空氣燃料電池中。富勒烯對(duì)氫氣的存儲(chǔ)和釋放為研究氫的壓縮、純化、熱泵以及制冷的新方法打開(kāi)了大門。加氫富勒烯是一種碳?xì)浠衔?,可作為潔凈的燃燒迅速的燃料,有望作為火箭推進(jìn)劑而用于航空航天領(lǐng)域。另外,利用加氫富勒烯儲(chǔ)氫引起的化學(xué)及熱力學(xué)性質(zhì),制成可充電電池,用來(lái)替代鎳-鎘(Ni-Cd)電池中的鎘電極,也可用來(lái)替代鎳-金屬氫化物電池中的金屬氫化物以儲(chǔ)存電能。完全氫化的富勒烯能最大限度地存儲(chǔ)能量。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看,一類新的無(wú)毒、輕便、高效的富勒烯氫化物電池將很快問(wèn)世。
催化劑---催化劑有著廣泛的應(yīng)用,如石油精煉和化學(xué)過(guò)程等方面。
富勒烯可以作為一類新的催化劑材料的基礎(chǔ)。斯莫利提出可以在富勒烯分子的中心空隙加入一些已知具有催化性能的金屬原子,如鉑(pt)、鈀(pd)等,制成一類新的催化劑,在這種催化劑中,催化性原子被碳籠保護(hù)起來(lái)。1992年,日本的研究人員用C60制成了一類含鈀的高催化性能復(fù)合物,這是在室溫下用C60的苯溶液與鈀的絡(luò)合物混合制成的,每個(gè)C60分子與6個(gè)鈀原子配位。這是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)的在分子水平上具有規(guī)則形狀的催化劑載體,并且已發(fā)現(xiàn)它能在正常溫度和壓強(qiáng)下催化二苯乙炔的加氫反應(yīng);這也是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)的由一種材料的數(shù)個(gè)原子組成的團(tuán)簇催化化學(xué)反應(yīng),因?yàn)榇呋瘎┩ǔV辉诤艽筚|(zhì)量下才起作用。富勒烯還可以作為催化劑載體而與其他催化劑結(jié)合,催化其他的反應(yīng)。假如其他類似以富勒烯為基礎(chǔ)的催化劑也具有如此之高的催化活性,那么這些基于富勒烯的催化劑將在那些既需要高效率又要低質(zhì)量或小體積的方面得到應(yīng)用。
抗癌藥物
美國(guó)亞特蘭大埃莫里(Emory)大學(xué)醫(yī)學(xué)院的病毒藥物學(xué)家斯辛納齊(R. F. Schinazi)和他的同事們發(fā)現(xiàn),巴基球?qū)σ环N關(guān)鍵性的HIV病毒酶有殺傷作用,而不傷害宿生細(xì)胞。HIV蛋白酶是一種導(dǎo)致艾滋病的病毒,巴基球能夠抑制HIV的生長(zhǎng),使其對(duì)人類細(xì)胞失去感染作用??茖W(xué)家認(rèn)為,巴基球雖然不能用來(lái)治療艾滋病,但它可能具有藥用價(jià)值。這種富勒烯能夠消除HIV病毒,阻止HIV蛋白酶的作用而不損害被感染的細(xì)胞本身,它在人類被HIV感染的三種免疫細(xì)胞中具有抗病毒能力,而且還對(duì)這種病毒的反向轉(zhuǎn)錄酶起作用,因此能夠抑制HIV對(duì)細(xì)胞的感染。雖然目前巴基球還不能作為一種有用的藥物,但這將是巴基球在生物學(xué)上的首次應(yīng)用;而且科學(xué)家認(rèn)為,富勒烯將為研究抗癌藥物提供潛在而有趣的線索。富勒烯具有十分豐富的化學(xué)內(nèi)涵,富勒烯及其衍生物在化學(xué)方面的應(yīng)用是十分廣闊的。除作為催化劑載體、制成高能電池及抑制病毒外,還可以利用富勒烯能有選擇性地吸收某些種類氣體的性質(zhì),將其在工業(yè)上用作氣體雜質(zhì)的去除劑,此外還可以作為有機(jī)溶劑以及在醫(yī)學(xué)上作為影像劑,這方面的前景是廣闊的。
本站僅提供存儲(chǔ)服務(wù),所有內(nèi)容均由用戶發(fā)布,如發(fā)現(xiàn)有害或侵權(quán)內(nèi)容,請(qǐng)
點(diǎn)擊舉報(bào)。