20世纪最伟大发现之一——富勒烯

如果材料本身有意识，所有的材料一定都嫉妒富勒烯。近年来富勒烯开始在国内受到关注，因其有诺贝尔奖光环，它的走红速度似乎比其他成分更快。

有人说富勒烯功效纯属炒作，有人说富勒烯应用神奇至极，那么本文就带领大家解析一下富勒烯真正的来龙去脉。

1985年9月，克罗托、斯莫利和科尔提出了一种全碳分子，这是除了石墨和金刚石之外的碳的第三种同素异形体，这一发现于1985年11月14日以《C60：巴克明斯特富勒烯》为题发表在《自然》杂志上，标志着富勒烯的神秘面纱被揭开，从此出现在大众面前。

富勒烯的发现

富勒烯的诞生还得从天文学研究说起，科学家们很早就知道，碳是构成地球生命的基本元素。而在 20 世纪 70 年代，哈罗德·克罗托等人通过射电天文学观测发现，星际空间中存在大量的长链碳分子，点燃了人们寻找地外生命的希望。克罗托认为，这些不同寻常的长链条分子是在富含碳元素的红巨星大气中形成的。

为了检验这个理论，能模拟恒星环境进行实验。1984年，克罗托在得克萨斯州参加分子结构会议的时候遇到了老朋友罗伯特·科尔。在交谈中，克罗托得知科尔现在与莱斯大学的同事斯莫利合作在研究半导体团簇材料。并且知道理查德·斯莫利有一台超级机器——团簇束流发生器（又叫 AP2），可以用来探寻奇异的分子结构。

克罗托对这台仪器很感兴趣，会议结束后就跟着科尔去了莱斯大学。亲眼见到 AP2之后，他马上意识到它可以用来检验他关于碳分子形成的理论，提议三人合作开展研究。

经过一段时间的测试，他们发现了两个重要成果：一个是意料之中的长链碳分子，斯莫利称之为“克罗托的长碳蛇”，另一个则是某种此前未知的纯碳分子。质谱仪分析表明，这些碳分子大多含有 60 个碳原子，还有一些含有 70 个碳原子。

克罗托对这些意料之外的分子欣喜不已。进一步研究发现，C60十分稳定，表明这个分子可能具备高度对称的结构，并且不具备游离的碳原子支链或不饱和价键。经过一番艰苦的思考，研究团队提出了“足球烯”模型：整个分子由五边形和六边形相互拼接，构成了一个笼状结构。这一构想的灵感来自建筑大师巴克敏斯特·富勒（Buckminster Fuller）的作品——蒙特利尔世界博览会的美国馆，它有着巨大的网格状穹顶。研究团队将这类碳分子命名为富勒烯（buckminsterfullerene，后改为 fullerene）。

富勒（Fuller）和他建造的球形美国馆

最后，和大家了解的一样，科学家通过各种实验数据，证实了克罗托等人关于富勒烯的结构及其特性的猜想。因为发现富勒烯，克罗托、科尔和斯莫利三人共同获得了 1996 年的诺贝尔化学奖。

富勒烯的特点

富勒烯是由五边形和六边形组成的笼状结构的全碳分子，在纳米尺度范围内，拥有极高的稳定性以及奇异的电子特性，稳定而又高度对称的分子特点。形状呈球型、椭球型、柱型或管状。其中的C60具有足球一样完美对称的结构。

由于富勒烯C60完美的高对称几何结构，使其具有特别稳定的物理化学性质，可以在空气中长期稳定存在，同时富勒烯还具有高效淬灭自由基和生物友好可代谢的特点，又使其在生物医药、化妆品等领域具有重要应用。

中国位于国际富勒烯

产业发展的梯队

从富勒烯的应用方向来看，美国的主要应用方向是富勒烯润滑油添加剂，欧洲主推富勒烯复合材料，日本在国际上首次实现苯燃烧法生产吨级富勒烯，但受限于性价比问题，至今未实现规模化应用。中国富勒烯应用方面起步比较晚，但很快就呈现出后来居上之势，实现了多个领域富勒烯的广泛应用。

富勒烯超强的护肤功效

人体由细胞构成，而细胞特别容易被过剩的自由基损伤，生物学上也称之为细胞被氧化损伤。为减少人体细胞和组织的氧化损伤，医生常劝大家多食用一些富含维生素类的水果蔬菜，利用维生素能够和大多数自由基反应的特点，将过剩的自由基消耗掉。富勒烯具有超强的抗氧化特性，是因为富勒烯淬灭自由基不是靠和自由基发生化学反应，而是夺取其未成对电子降低其伤害能力，而富勒烯本身并不会被消耗掉。

后来中科院化学所和福纳康富勒烯团队通过实验发现富勒烯具有四大明显的特性：

抗氧化能力是VC的1000倍以上

采用电子顺磁共振仪测试对自由基的淬灭能力，结果显示，富勒烯的抗氧化能力是VC的1000倍以上。

抗炎效果显著

采用斑马鱼断尾实验，通过监测断尾处中性粒细胞聚集情况来判断抗炎功效，富勒烯组断尾处中性粒细胞聚集少，表示抗炎效果好。

优异的细胞活性修复能力

通过双氧水损伤人体皮肤角质形成细胞实验，结果显示富勒烯组的细胞活性最强，细胞形态基本正常，修复能力。

改善皮肤微循环系统

通过小鼠涂抹富勒烯实验，结果显示富勒烯可有效改善皮肤生态，促进微细血管循环。

作用于人体皮肤测试，富勒烯化妆品原料有显著的护肤护发功效，包括抗衰祛皱、美白淡斑、抗炎祛痘、抗敏修护、紧致嫩肤、白发转黑、防脱密发。

富勒烯生物医药应用

富勒烯高稳定性的分子结构和高效淬灭自由基特性使其具有广泛地应用于生物医学领域的潜力，例如作为药物应用于癌症、糖尿病、帕金森等重大疾病的治疗，或作为核磁共振成像的造影剂用于医学临床诊断等。