1、富勒烯高分子范斌清华大学化学01班2002年6月3日一个很肤浅的问题：C元素有几种单质？)322(,27060nCCCn富勒烯的发现1985年，Kroto，Curl,Smalley1996年诺贝尔化学奖上世纪后半叶的重大科学发现之一意义：一种全新的，具有复杂分子结构的单质Prof.Sir H.W.Kroto BuckminsterfullereneBuckminster Fullers Dome 60CC60的结构特点 60个顶点，32个面（20个正六边形，12个正五边形）;sp2 杂化，整个表面形成一个大的共轭体系。所以可以这样描绘C60的表面结构：富勒烯的特殊性质 电阴性(electron
2、egativity)导电性（共轭体系，超导）非线性光学性质（对称结构）分子容器富勒烯应用上的缺点一、不溶于水，只溶于少数有机溶剂。二、结晶的机械强度不足，难以直接应用解决的方法：把富勒烯官能团固化到高分子中一、含有富勒烯组分的高分子的基本类型 Basic types of fullerene-contained polymer按照结构，主要分为以下六种：1 富勒烯处于主链上的高分子(in-chain)，也称“珍珠项链型(pearl necklace)”。富勒烯单元直接结合到高分子的主链中Fullerene in the backbone of the polymer.2 垂吊型(pendant
3、 type)高分子的侧链上挂有富勒烯。Polymers bearing pendant fullerenes.3 星射线型(starburst type)富勒烯作为高分子的“联结枢纽”，从而组成带有交联结构的高分子。Random polymers irradiating from a fullerene spheroid.4 富勒烯终止链型(fullerene end-capped type)富勒烯挂在高分子的链端上。Polymers terminated by a fullerene unit.5 树枝型(dendrimer)富勒烯作为联结点将两个相似的高分子联结在一起，状如树枝与树根。六
4、C60键合到基质表面的高分子衍生物(matrix-bound)主要有以下两种结构：A.Matrix-boundB.Coating富勒烯高分子的聚合Polymerization of fullerene polymers1 由富勒烯分子直接参加的聚合反应 polymerization process carried out in the presence of fullerene2 由带有富勒烯的单体在对富勒烯惰性的条件下进行聚合反应 using a fullerene containing monomer and polymerization conditions that are inert
5、 to the fullerene reactivity3 富勒烯和带有活性基团的高分子的反应 reaction of fullerene with polymer that contain reacitve groups4 C60键合到基质表面的反应 matrix-bound1 由富勒烯直接参加的聚合反应 (the polymerization process carried out in the presence of fullerenes)xy650 C（1）对二甲苯和富勒烯的聚合反应是此类反应的典型。2,3,4(b)(x:y=1.0:3.4)(2)全碳富勒烯高分子(all carbon
6、 fullerene polymers)的聚合反应由C60的无氧薄膜或溶液直接聚合 58通过加热A C60(A=K,Rb,Cs)实现聚合 9 (c)2 由带有富勒烯的单体在对富勒烯惰性的条件下进行聚合反应 using a fullerene containing monomer and polymerization conditions that are inert to the fullerene reactivity 两个典型的缩聚反应 10(d)OH+ClCO(CH2)8COClOCO(CH2)8COOOH+ONC(CH2)6CNOOCONH(CH2)6NHCOO3富勒烯和带有活性基团的
7、高分子的反应 reaction of fullerene with polymer that contain reacitve groups 典型反应：11 (e)C6H5COOCC6H5HeatCH=CH2HeatCH=CH2TEMPOLOOC6H5COO2C6H5COOCH2CHTEMPOLC6H5COOCH2CHTEMPOLnC6H5COOCH2CHTEMPOLnHeatC6H5COOCH2CHTEMPOLnCH2CH24 matrix-bound 反应典型反应：先将C60进行硅烷化反应，然后得到最终产物。12(f)C60+RSiH3H2PtCl6HnC60(SiRH2)nPolymer
8、 C60 derivativeSiO O OSiO O OSiO O OmatrixMatrix:Indium-tin oxideQuartz or Ge-Si multilayerSpacer group:TrimethyleneUndecaneBinding group:NHPyridyl-OsO4 complex在聚苯膜上掺杂C60我的工作：思路：H+AlCl3C60H+C6H6HC60H-H+C60(H-C6H5)C60+电化学方法制聚苯已有成功的方法：三氟化硼乙醚溶液（BFEE）苯不锈钢电极恒电压1.7V 机械强度、导电性能良好的聚苯膜(PPP)用聚苯练手循环伏安法（Cyclic V
9、oltammogram)-1.0-0.50.00.51.01.52.0-1200-1000-800-600-400-2000200400uAV联想：可否加入C60一试？-1000-5000500100015002000-500-400-300-200-1000100uAV-1000-5000500100015002000-1000-800-600-400-2000200uAX Axis Title加入C60以前加入C60以后合并两图-1000-5000500100015002000-1000-800-600-400-2000200uAX Axis Title所得的高分子薄薄膜IR Spectr
10、um（薄膜先用苯反复洗涤）C60的IR特征峰References1.Ruoff RS,Tse DS,Malhotra R,LorentsDC(1993)J Phys Chem 97:33792.Cao T,Webber S E.Macromolecules,1995,28:37413.Bunker C E,Lawson G E,Sun Y P.Macromolecules,1995,28:37434.Sun Y P,Lawson G E,Bunker C E,et al.Macromolecules,1996,29:84415.Rao AM,Zhou P,Wang K-A,Hager GT,H
11、olden JM,Wang Y,Lee W-T,Bi X-X,Ecklund PC,Cornett DS,Duncan MA,Amster IJ(1993)Science 295:9556.Stephens PW,Bortel G,Faigel G,Tegze M,Janossy A,Pekker S,Oszlanyi G,Forro L(1994)Nature 370:6367.Fischer JE(1994)Science 264:15488.Sun Y-P,Ma B,Bunker CE,Liu B(1995)J Am Chem Soc 117:12,7059.Rosseinsky MJ(1995)Mater Chem 5:149710.Shi S,Khemani K C,Li Q C,Wudl F.Am Chem Soc,1993,115:385011.Wang C,He J,Fu S,Jiang K,Cheng H,Wang M.Polymer Bulletin,1996,37:30512.Olah G A,Aniszfeld R,Prakash P K.The 25th Silicon Symposium(Eds.Oka K,Miller M,Dreezewski B and West R),1992,Los Angeles,1203
