C_(60)碳分子及其“家族”

1985年9月以美国得克萨斯州休斯敦赖斯大学的化学家理查德·斯莫利(Richand E.Smalley)为首的一个研究小组在用大功率激光轰击石墨靶作碳的汽化试验时,发现了一些由偶数碳原子组成的碳分子。最早发现的是由6O个碳原子组成的C_(6O),其后又发现了C_(70)。现在已知,碳分子有一个庞大的家族。包括,C_(32)、C_(44)、C_(50)、C_(58)、C_(60)、C_(70)、C_(240)、C_(540)、C_(960)……等。最早发现的C_(60)碳分子的结构类似美国建筑设计师设计的一种圆顶建筑结构(由五角形和六角形拼接而成),该设计师叫巴克明斯特·富勒(Buckminster Fuller),所以斯莫利等化学家把这种碳分子命名为“富勒氏球”(Fullerenes)或“布基球”(Bucryball)。C_(60)还能生成种各种化合物。封2彩图上为“富勒氏球”家族。图中,1为“绒毛球或C_(60)H_(60),是一种完全氢化的C_(60),巴克明斯富勒氏化合物;2为“小兔球”,或C_(60)(OSO_4),由伯克利加利福尼亚大学的乔尔·M·霍金斯(Joel M.Hawkins)领导的小组人工合成的;3为“铂芒刺球”(Platinum-Burr Ball),{〔(C_2H_5)_3P〕_2Pt}_6C_(60),由杜邦公司中心的研究和开发部的保罗·J·费根(Paul J.Fagan)和约瑟夫·C·卡拉布雷西(Joseph C.Calabrese)开发出的,为了简化,图中省去了C_2H_5络化物的结构。     

一种新物质———“布基球”

<正> 人们早已知道碳元素有两种存在形式,即石墨和金刚石,一软一硬,但都是碳的同素异性体,前者是层状结构,后者碳原子取回面体结构,现在又发现碳的第三种存在形式,即“布基球”——C_(60)、C_(70)等,其中C_(60)是由60个碳原子组成的有60个顶点的多面体结构,并已测得它的x一光照片证明了这一结构。目前已制得碳原子数为60、70、76、84、90的     

石墨电弧法制备C_(60)

C_(60)是碳的一种新的结构形式(碳的结构还有石墨型和金刚石型),它具有众多独特的物理化学性质,已显示出广泛的潜在应用前景,如是一种非常好的非线性光学材料,高温润滑剂,掺杂后可成为超导体,利用化学或物理方法可使 C_(60)分子在其球形笼     

石墨电弧法合成新型碳簇C_(53)

C_(60)的形成机理之谜至今仍未破解,介于C_(50)和C_(60)之间的碳簇是理解C_(60)形成机理的关键中间体.本文在填充金属氧化物的石墨电弧放电产物中发现了一种新型的碳簇衍生物,通过N,N-二甲基甲酰胺(DMF)提取后进行高效液相色谱分离,并对纯化的产物进行了质谱、能谱、光谱表征及元素分析,初步确定了分子组成为C_(53)H_(24)O_5的新型碳簇衍生物,通过固体核磁和对氯化反应产物的表征证明该碳簇的碳框架主体具有芳香性.     

一类极有希望的新材料—C60及其化合物

作为一个化学上的化合物,C_(60)在1985年就为H.W.Kroto等人发现了;然而作为一个很有希望的材料,还是1991年4月以后的事.美国贝尔实验室的A.F.Hebard等人此时发现C_(60)和碱金属形成的一些化合物具有超导电性. 当然这也归功于W.Kratschmer等人在1990年发展了新的C_(60)材料制备方法,使人们有可能有足够的样品对C_(60)的物理性能、化学性质,甚至其它方面的性能和应用进行较为系统和深入的研究.     

美国科学家继发现C_(60)和C_(70)碳分子后又发现C_(76)

加利福尼亚的化学家已证实存在称之为“富勒氏球”的空心碳分子家族的第三个成员。前两个成员是高度对称的形状像英式足球的C_(6O)和形状像橄榄球的C_(7O)。而新的碳分子有76个碳原了,形状稍有扭曲。发现这种碳分子的研究小组在本周(1991年9月的第二周)的《自然》杂志上称它是自然界最吸引人的分子结构之一。最简单的“富勒氏球” C_(60)是已知的最对称的分子,它的碳原子总共是6O个,点有等价的位置,这意味着分子的核磁共振谱具有单一的峰值。较复杂的C_(70)的核磁共振谱则具有5个峰值。     

过渡金属钨钼碳化物和氮化物的弹性常数计算

利用局域密度泛函理论和LMTO-ASA方法结合线性弹性理论,从第一原理计算了B1结构的WC、MoC、WN和MoN晶体的弹性切变模量C_(11)-C_(12)和C_(44),再由体弹性模量B_o=(C_(11)+2C_(12))/3求得上述四种晶体的弹性常数C_(11),C_(12)和C_(44),由于目前尚无上述四种晶体的弹性常数实验数值,本文的计算结果可作为一种理论预测值。     

石墨电弧中C_5环的原位捕获与形成

五元环是富勒烯的重要构筑基元,是形成凸多面体碳笼的关键因素,研究C_5环的形成对理解富勒烯自下而上的生长机理有着重要的意义.该文通过在石墨电弧放电体系中引入氯源,原位捕获到了C_5与C_(60)的[4+2]环加成衍生物C_(60)(C_5Cl_6).对该分子进行质谱和紫外-可见吸收光谱的表征,并利用X-射线单晶衍射明确了C60(C5Cl6)的分子结构.此外,还通过一系列C_(60)衍生物的质谱表征,对C_5环和C_(60)(C_5Cl_6)结构的演进路线进行了分析.     

铝掺杂富勒烯储氢研究:氢分子形成双层结构

利用密度泛函理论对铝(Al)掺杂富勒烯(C_(60))体系的储氢性能进行研究.计算结果显示单个Al原子吸附的最佳位置是在C_(60)表面碳五元环的中心位置,并形成稳定的Al-C_(60)团簇结构.当多个Al原子掺杂C_(60)时,12个Al原子吸附在C_(60)的碳五元环正上方具有最低的吸附能,并形成稳定的Al12-C_(60)团簇结构.当氢气与Al掺杂C_(60)的团簇相互作用时,C_(60)上碳原子的吸附使得氢气吸附在Al原子的侧位比吸附在Al原子的顶位更稳定.当多个氢气分子吸附时,102个氢分子形成稳定的双层结构并吸附在Al12-C_(60)上,体系的储氢质量分数能达到16.44%,其中第一层氢分子主要同两个临近的Al原子以及C_(60)相互作用,第二层氢气分子同近邻的Al原子和第一层氢气分子相互作用.     

川东飞仙关组烷烃气碳同位素特征与成因分析

飞仙关组作为川东主力气层,陆续已经发现了普光、毛坝、东岳寨、渡口河等一系列大中型气藏,展示了极其重要的战略地位。目前常规的组成分析方法已经不能满足该层天然气类型及成因的判别要求。通过分析烷烃气碳同位素特征,判识天然气类型、分析其成因机制。实验分析显示部分样品C_1~C_3烷烃气的碳同位素比值呈δ~(13)C_1δ~(13)C_2δ~(13)C_3分布(倒转),显示为多源、多期天然气混入。同时根据C_1/C_2+C_3与δ~(13)C_1及ln(C_1/C_2)与In(C_2/C_3)的值域变化特征,最终判断川东大多气藏以原油裂解气为主,混入一定的煤型气。川东飞仙关组古油藏于晚侏罗世沉积期,其埋藏深度介于5 300~8 200 m之间,油藏温度普遍超过150℃,油发生热裂解,生成烷烃气及沥青,持续时间大于30 Ma。     

缸内直喷型汽油车起动工况颗粒组分排放特性

以一辆国V排放均质燃烧模式缸内直喷型(GDI)汽油车为研究对象,分析了该GDI汽油车25℃冷机起动、25℃热机起动、5℃冷机起动等不同起动条件下GB18352.5—2013Ⅰ型试验的颗粒质量、数量排放及组分特性.结果表明:该车产生的颗粒物质量、数量排放受起动条件的影响较大,5℃冷机起动的颗粒物质量、数量较高;颗粒排放的碳质组分中有机碳约为总碳排放的81%,25℃热机起动有机碳与元素碳比例变化不大,5℃冷机起动有机碳比例降低15%;颗粒可溶性有机物(SOF)组分主要以脂肪酸和烷烃为主,25℃热机起动SOF组分变化不大,5℃冷机起动多环芳烃(PAHs)比例增大24倍;脂肪酸主要是C16:0和C18,受冷、热机起动和环境温度变化影响较小;烷烃主要是C_(24)H_(50)、C_(25)H_(52)、C_(26)H_(54)和C_(27)H_(56),受冷、热机起动影响不大,受环境温度变化影响较大;PAHs主要是中环和高环芳烃,受冷、热机起动和环境温度变化的影响均较大.     

不同反应物量对纳米碳球结构的影响

以碳化钙和三氯甲烷为反应物,采用溶剂热法,研究在100 ml高压釜中反应物的量对制备纳米碳球显微结构的影响.用x射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜和BET比表面积对纳米碳球的形貌和结构进行表征.结果表明,纳米碳球的尺寸分布在40～200nm之间,随反应物量增加,纳米碳球晶化程度提高,碳球直径减小,碳球表面无定形碳膜的...     

PtPb/HCSs催化剂制备及电催化氧化甲醇研究

以二氧化硅微球作模板,葡萄糖为碳源,通过水热法成功合成粒径均一、尺寸较小的碳空心球(HCSs),并以此为载体合成碳空心球载铂铅纳米微粒复合催化剂(PtPb/HCSs),在1 mol.L-1CH3OH+0.5mol.L-1H2SO4混合溶液中考察了PtPb/HCSs催化剂对甲醇的电催化氧化性能。样品的成份、结构和形貌分别用SEM、TEM、XRD和EDS进行表征。循环伏安(CV)及计时电流法实验表明碳空心球载铂铅催化剂对于甲醇氧化具有良好的电催化活性及稳定性。PtPb/HCSs电极优异的催化性能归因于碳空心球的高比表面积以及Pb的协同作用,是一种优良的直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极材料。     

非均相体系中二茂铁对中间相碳微球形成的影响及机理分析

在QI含量较高的煤焦油沥青中加入一定量的二茂铁,在420℃下反应7h,得到了具有反Brooks-Taylor结构的中间相碳微球(MCMB)．X-射线衍射(XRD)分析结果表明,二茂铁的加入促进了热缩聚反应,使微晶的堆层厚度及堆积层数增加．通过扫描电镜(SEM)对中间相碳微球的形貌观察及结构分析,提出了在非均相体系中中间相碳微球的成核及长大机理．认为中间相碳微球的长大要经过一层固体颗拉形成的屏障．     

氩气压力对二茂铁催化CaC_2-CHCl_3体系制备碳球的影响

以电石和氯仿为碳源和反应物,以二茂铁为催化剂,研究不同压力对CaC2-CHCl3体系制备碳球的形貌和结构的影响。反应设备是100mL的不锈钢高压釜,充入的氩气压力为0.5~1.5MPa,在350℃进行化学反应并保温3h,制备不同类型的碳球。采用X线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和激光拉曼光谱仪等手段分析碳球的物相、形貌和结构。探讨空心碳结构的CHCl3雾化小液滴生长机理。研究结果表明:CaC2-CHCl3体系制备的碳球主要由无定形炭组成,随着压力增加,结晶程度增大。空心碳球的形成与体系压力相关,当充入压力为0.5MPa时,合成直径为100~260nm的实心无定形碳球,具有向菜花结构转变的趋势;当充入的氩气压力为1.0MPa时,合成4种不同空心碳结构,即空心毛绒碳球、角状空心碳棒、空心光滑碳球或碳棒和多边形化的空心碳球;当充入的氩气压力为1.5MPa时,合成3种不同直径范围的碳球,相同直径的碳球团聚在一起。     

中国柳珊瑚化学成份的研究(Ⅲ)——新的多乙酰含氯二萜内酯(Praelolide)的分离和鉴定

从我国湛江市■洲岛附近海域生长的一种柳珊瑚——长似丛柳珊瑚〔Plexaureides pra-elonga(Ridley)〕中分离到一种结晶物质.根据它的红外、质谱、~1Hnmr 和~(13)Cnmr 等波谱数据,确定它是一种新的多乙酰含氯双碳环二萜内酯.分子式为C_(28)H_(35)O_(12)Cl.它具有类似Stylatulide 的碳架结构,但又是四酰氧化合物和具有同类化合物所未曾发现过的环氧结构.     

新型超硬材料I-4碳的第一性原理研究

应用基于粒子群优化算法的卡里普索(CALYPSO)晶体结构预测方法 ,发现了一种新型的具有四方结构的C的同素异形体,空间群为I-4,将其命名为I-4碳.利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对I-4碳的电子能带结构、电子态密度、声子谱、弹性常数以及体弹模量进行研究.计算结果发现:I-4碳动力学稳定,并且具有较大的体弹模量(432.12 GPa)和剪切模量(488.46 GPa);同时,从理论上算出其维氏硬度值可达到83.35 GPa.计算结果表明:I-4碳有望成为一种潜在的超硬材料.     

新型立方碳的第一性原理研究

利用最新的粒子群优化算法,发现一种新型立方碳结构(命名为sc-C20,a=4.886(A)),并对其性质及可能的合成方法进行了研究.在常压下sc-C20可以亚稳存在,当压力超过100 GPa时,sc-C20比石墨稳定,表明其通过高压手段合成的可能性.通过对比晶格常数和晶面间距,发现sc-C20与实验合成的a=4.86 (A)的i-碳结构相吻合,表明sc-C20有可能通过化学手段合成.电子能带结构计算表明sc-C20为宽带隙(4.20 eV)半导体型碳,并且随着压力升高带隙呈现增大的趋势,sc-C20带隙的大小及变化规律与金刚石相似.sc-C20的体积模量和剪切模量很高,维氏硬度为94.4 GPa,与立方金刚石硬度相当.强度计算表明sc-C20抗拉强度的各向异性较弱,其中＜lll＞方向的抗拉强度最高,为96.4 GPa.     

C_6H_6与AgCl分子间相互作用本质的量子化学研究

用高精度量子化学CCSD(T)方法,优化C_6H_6…AgCl复合物几何结构,发现两种可能存在的构型,其中较稳定的一种具有Cs对称性,Cl-Ag指向苯环碳-碳键中心,另一种具有C6v对称性,Cl-Ag指向苯环中心,它们的结合能分别为-93 k J/mol和-69 k J/mol,C_6H_6与AgCl的相互作用远大于C_6H_6与HCl的作用。SAPT对称匹配微扰理论能量分解分析结果显示,在C_6H_6与AgCl分子间的π…Ag相互作用中,诱导作用是主要的吸引作用,色散及静电作用的贡献较小,然而C_6H_6与HCl相互作用则是以静电和色散为主要的吸引作用。     

科学家首次在太空中发现巴基球踪迹有助科学家解释在宇宙尘埃中已经探测到还无法解释的化学信号

加拿大科学家在茫茫太空中首次探查到了巴基球(buckyball)C60及C70的踪迹.新发现发表在7月23日出版的<科学>杂志上. 自从25年前C60偶然在实验室被发现后,科学家就认为,巴基球可能漂浮在宇宙中,但是,直到今天才真正捕捉到它. 天然的碳能够以多种形式存在,众所周知的是石墨和钻石,但还存在一种被称作"富勒烯"的第三种类型,其中,最常见的两种富勒烯是C60和C70.