富勒烯的制备

据了解，富勒烯于1985年被发现，是单质碳的一种同素异形体。任何由碳一种元素组成，以球状，椭圆状，或管状结构存在的物质，都可以被叫做富勒烯。目前，富勒烯与碳纳米管、石墨烯已成为碳纳米材料家族的3大代表。

富勒烯有许多独特性质：1）硬度比钻石还硬；2）轫度（延展性）比钢强100倍；3）导电性比铜强，重量只有铜的六分之一；4）它的成分是碳，所以可从废弃物中提炼。将金属嵌入富勒烯结构中，又可以形成独特的超导特性、顺磁特性等。由于富勒烯具有完美的对称结构、在纳米尺度范围内特殊的稳定性，以及奇异的电子结构，使其成为在许多高新技术领域应用潜力巨大、不可替代的材料，被业界称为“纳米王子”，在生物医药、新能源、新材料、催化剂、电子学等领域都有着重要应用。

1971年，大泽映二发表《芳香性》一书，其中描述了C60分子的设想。

1980年，饭岛澄男在分析碳膜的透射电子显微镜图时发现同心圆结构，就像切开的洋葱，这是C60的个电子显微镜图。 1983年，克罗托蒸发石墨棒产生的碳灰的紫外可见光谱中发现215nm和265nm的吸收峰，他们称之为"驼峰"，后来他们推断这是富勒烯产生的。

1984年，富勒烯的个光谱证据是在1984年由美国新泽西州的艾克森实验室的罗芬等人发现的，但是他们不认为这是C60等团簇产生的。

1985年，英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托博士和美国科学家理查德·斯莫利等人在氦气流中以激光汽化蒸发石墨实验中首次制得由60个碳组成的碳原子簇结构分子C60，并推测这个团簇是球状结构。自Kroto等发现富勒烯以来，富勒烯以其独特的结构和性能（热稳定性、抗氧化性和抗酸蚀性等）引起了科学界的普遍关注。

1990年，克利斯莫(Kriischmer)等人次报道了大量合成C60的方法，才使得C60的研究得以大量展开。

1991年，加州大学洛杉矶分校的霍金斯(Joel Hawkins)得到了富勒烯衍生物的个晶体结构，标志着富勒烯结构被准确测定。

1995年，伍德(Fred Wudl)制备出开孔富勒烯；而PCBM也被他首次制备。

1996年，罗伯特·科尔(美)、哈罗德·沃特尔·克罗托(英)和理查德·斯莫利(美)因富勒烯的发现获诺贝尔奖。

大量低成本地制备高纯度的富勒烯是富勒烯研究的基础，克利斯莫等人在1990年首次采用电阻加热法大量合成C₆₀为富勒烯的合成开辟了道路。此后，研究人员为提高富勒烯的产率，不断改进工艺技术，各种制备方法不断涌现。目前较为成熟且常用的富勒烯制备方法有：电弧石墨蒸发法、太阳能石墨蒸发法和火焰燃烧法。

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富勒烯的阴极和阳极，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及高炭富勒烯分子，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。电弧石墨蒸发法制备富勒烯不产生有毒有害产物，但是成本高，非常耗电，是实验室中合成富勒烯常用的方法之一。

太阳能蒸发法是采用聚焦太阳光作为加热方式，在氦气气氛下直接蒸发石墨制备富勒烯的方法。在温度达到3000K时，可使富勒烯产率达到20%。采用聚焦太阳光蒸发石墨的方法避免了紫外线辐射对富勒烯结构的光化学破坏作用，并使得碳蒸气到达缓冷区之前不会凝结成碳块，提高了富勒烯的产率，解决了电弧石墨蒸发法和等离子体石墨蒸发法产量低的问题。

燃烧法是工业中制备富勒烯的主要方法。火焰燃烧法主要是将预先混好的苯、甲苯蒸气和氧气经氩气稀释后，引入低压（约5.32kPa）燃烧室内不完全燃烧，得到含C60和C70的烟炱，将烟炱分离提纯后可得到纯度为99.9%的C60。火焰燃烧法中富勒烯生成所需的能量是由燃烧本身释放的热量提供，通过调整压强、气体比例能够在较大范围内控制产物分布，且具有操作简单、连续进料容易、不消耗电力等优点。因此该方法已经成为工业化生产富勒烯的主流方法。