足球烯

足球烯与金刚石、石墨是碳的三种同素异形体，足球烯分子是一种由60个碳原子结合形成的稳定分子，它具有60个顶点和32个面，其中12个为正五边形，20个为正六边形，它形似足球，所以又称为足球烯。足球烯是美国休斯敦赖斯大学的克罗脱(Kroto.H.W.)和史沫莱(Smalley.R.E.)等人于1985年提出的，他们用大功率激光束轰击石墨使其气化，用1MPa压强的氦气产生超声波，使被激光束气化的碳原子通过一个小喷嘴进入真空膨胀，并迅速冷却，从而得到了C60，C60的组成及结构已经被质谱、X射线分析等实验证明。此外，还有C70等许多类似C60的分子也已被相继发现。
1991年，科学家们发现，C60中掺以少量某些金属（如：钾、铷、铯等）后具有超导性，且这种材料的制作工艺比制作传统的超导材料——陶瓷要简单，质地又十分坚硬，因此人们预言C60在超导中的运用可能会超过陶瓷材料。目前，人们对C60分子的结构和反应的认识正在不断深入，它应用于材料科学、超导体等方面的研究正在进行中。由足球烯所衍生出来的碳微管比相同直径的金属强度高100万倍。现实世界中的足球以其无尽的魅力倾倒了无数人，而小小的“足球烯”也正是以另一种形式影响和改变着这个世界。根据足球烯(简称C60)分子的球形中空结构可以推断，它应具有芳香性，能够进行一般的稠环芳烃所进行的反应，如能够发生烷基化，进行还原生成氢化物等。众所周知，芳烃一般表现出富电子反应，易与亲电试剂发生亲电取代反应，但是C60却表现出缺电子化合物的反应性，即倾向于得到电子，它难与亲电试剂发生反应，而易与亲核试剂如NH3及金属反应。
Bethune认为，足球烯的化学行为更像缺电子的烯烃，而不像芳香化合物，由于C60的中空球形结构使得它能在球的内外表面都进行反应，从中得到各种功能的足球烯衍生物。其中金属包含于C60笼内部的用M@C60表示，金属和C60在球外表面起反应的用MnC60表示。已知一些C60的化学反应得到了较好的表征，其中包括和金属反应生成内包含化合物，卤化反应，自由基反应等。
由于C60球表面的烯烃处于球表面位置，也即偏离了一般烯烃的平面，其偏离程度为30°，这样C60表面的烯烃实际上处在与金属配位前就满足了配体所需要的几何结构，处于一种理想的空间位置。加上C60球的缺电子性能，两种因素哪一个占主导地位尚不能完全确定。用循环伏安法研究表明，C60可以高度可逆地转化为C-60和C2-60，这一特性表明，足球烯可能成为新一代可逆电池提供原料。足球烯的结构特点决定着它具有特殊的物理化学性能，它可以在众多学科当中都具有广泛的用途。如碱金属原子可以与C60键合成“离子型”化合物而表现出十分良好的超导性能，过渡金属富勒烯C60化合物表现出较好氧化还原性能。在高压下C60可转变为金刚石，开辟了金刚石的新来源。C60与环糊精、环芳烃形成的水溶性主客体复合物将在超分子化学、仿生化学领域发挥重要作用。以富勒烯C60为基础的催化剂，可用于以前无法合成的材料或更有效地合成现有的材料。碳容易被加工成细纤维的特性很可能研制出一种比现有陶瓷类超导体更优的高温超导材料。管状富勒烯的发现与研究，很可能使这种超强度低密度的材料用于新型飞机的机身。足球烯有区分地吸收气体的性质可能被应用于除去天然气中的杂质气体。C60离子束轰击重氢靶预计运用于分子束诱发核聚变技术。C60和C70溶液具有光限幅性，可作为数字处理器中的光阈值器件和强光保护器，用C60和C70的混合物掺杂PVK呈现非常好的光电导性能及其用于静电印刷的潜在可能性。Si也被发现可能形成类似富勒烯结构，有望成为新的半导体元件材料。迄今为止，足球烯原子团簇及其衍生物已涉及到生命化学、有机化学、材料化学、无机化学、高分子科学、催化化学等众多领域，可用于复合材料、建筑材料、表面涂料、火箭材料等等。虽然其广泛应用还不是一个短时间的过程，但随着人们对其不断认识，相信基于C60的各种应用将具有更为广泛的应用前景。Fullerene-C60 作为碳纳米化合物的代表，由于其独特的物理化学性质，有潜力用于光动力学治疗。Fullerene-C60 可用于能量传递检测。由于C60的大π键结构，使其具有特殊的化学活性，能进行加成反应而生成各种衍生物。C60及其各种衍生物在应用方面具有潜在的前景，如超导体、耐磨润滑材料及特殊电子材料等。