足球烯的结构与碳原子杂化方式

足球烯或巴克球、巴基球，是一种完全由碳组成的中空分子，形状呈球型、椭球型、柱型或管状。足球烯在结构上与石墨很相似，石墨是由六元环组成的石墨烯层堆积而成，而足球烯不仅含有六元环还有五元环，偶尔还有七元环。

结构

在数学上，足球烯的结构都是以五边形和六边形面组成的凸多面体。最小的足球烯是C20，有正十二面体的构造。没有22个顶点的足球烯，之后都存在C2n的足球烯，n=12、13、14……所有足球烯结构的五边形个数为12个，六边形个数为n-10。

低对称性足球烯

低对称性足球烯的键长是不一样的，虽然也是离域π键，从核磁共振碳谱可以清楚看出来有很多条碳信号。

碳原子杂化方式

处于顶点的碳原子与相邻顶点的碳原子各用近似于sp2杂化轨道重叠形成σ键，每个碳原子的三个σ键分别为一个五边形的边和两个六边形的边。碳原子杂化轨道理论计算值为sp2.28，每个碳原子的三个σ键不是共平面的，键角约为108°或120°，因此整个分子为球状。每个碳原子用剩下的一个p轨道互相重叠形成一个含60个π电子的闭壳层电子结构，因此在近似球形的笼内和笼外都围绕着π电子云。

制备

大量低成本地制备高纯度的足球烯是足球烯研究的基础，自从克罗托发现C60以来，人们发展了许多种足球烯的制备方法。目前较为成熟的足球烯的制备方法主要有电弧法、热蒸发法、燃烧法和化学气相沉积法等。

电弧法

一般将电弧室抽成高真空，然后通入惰性气体如氦气。电弧室中安置有制备足球烯的阴极和阳极，电极阴极材料通常为光谱级石墨棒，阳极材料一般为石墨棒，通常在阳极电极中添加铢、镍、铜或碳化钨等作为催化剂。当两根高纯石墨电极靠近进行电弧放电时，炭棒气化形成等离子体，在惰性气氛下小碳分子经多次碰撞、合并、闭合而形成稳定的C60及高炭足球烯分子，它们存在于大量颗粒状烟灰中，沉积在反应器内壁上，收集烟灰提取。电弧法非常耗电、成本高，是实验室中制备空心足球烯和金属足球烯常用的方法。

燃烧法

苯、甲苯在氧气作用下不完全燃烧的碳黑中有C60和C70，通过调整压强、气体比例等可以控制C60与C70的比例，这是工业中生产足球烯的主要方法。