第一篇：自1985年Kroto等在激光汽化石墨實驗中偶然發現C60

自1985年Kroto等在激光汽化石墨實驗中偶然發現C60 / C70以來，為尋找高產率大量C60的制備方法，人們進行了廣泛的探索，直到1990年Kratschmer等使用電弧放電裝置生產出mg量的產品，才有了突破性的進展。目前，g量級的富勒烯已被制備出來。富勒烯制備方法的進展促進了其物理、化學性質的深入研究及應用研究的廣泛開展。目前世界上不少著名科學家和一流研究機構正致力于C60 / C70制備技術的研究，預計這一技術在不遠的將來會有重大突破。本文旨在對過去10年中富勒烯的制備技術的演進作一回顧，對各種方法加以歸納和評述，并探討了較大規模生產的可能性。1 石墨激光汽化法

最初于室溫下He氣流中用脈沖激光技術蒸發石墨導致了C60 的發現，碳蒸氣的快速冷卻導致了C60分子

[1]的形成。由時間飛行質譜檢測到的C60存在。但它只在氣相中產生極微量的富勒烯，經研究發現C60可溶于

0甲苯。隨后的研究表明其中還包含著分子量更大的富勒烯。此后發現在一個爐中預加熱石墨靶到1200C可[3]大大提高C60的產率，但用此方法無法收集到常量的樣品。石墨電弧放電法

[2] 1990個由Kratschmer和Huffman等人報道的電阻熱放電技術是第一個產生出常量富勒烯的方法，這一技術仍然是目前知道的較高產率制造方法之一。許多研究小組對此方法加以改進，獲得了可溶性富勒烯

[4~6]通常可占蒸發石墨的20%，有時可達30%以上。對該方法主要的改進包括精確控制電極的縫間距，調節電源種類和強度、稀釋氣體種類和壓力、裝置的最佳熱對流、碳棒尺寸、反應器大小及萃取劑的抽提效率等因素。踞遺憾的是由于內在原因，根本上限制了所使用碳棒的直徑必須在3mm以內，因此只能小量生產。主要的困難是碳棒中部溫度最高，碳的蒸發速度也最快，很快變細直到斷裂，運行中斷。此外，快速蒸發0的溫度很高（＞3000C），整個碳棒黑體的輻射能量損失也大，經濟上也不合算。利用太陽能加熱石墨法

[8] 富勒烯的發現者之一Smalley等用聚焦太陽光直接蒸發碳高產率制備了富勒烯。為了提高富勒烯和摻雜金屬富勒烯的產率，在廣泛的探索中他們發現電弧光對富勒烯的光化學破壞可能是碳電弧技術中碳棒放大尺寸的主要障礙。據此，考慮了數種排除光化學分解，同時增加碳棒尺寸以擴大生產規模的方式后，他們認為最好的方法是利用太陽光。Smalley等認為：采用大型太陽爐裝置也許是大量生產富勒烯的唯一途徑，它不僅避免了強紫外線輻射對富勒烯的光化學破壞作用，同時使碳蒸氣到達緩冷區之前不會形成凝塊，解決了石墨電弧或等離子體法中遇到的產量限制問題。石墨高頻電爐加熱蒸發法

[10] 0 1992年Peter和Jansen等利用高頻電爐在2700C，150K Pa He氣氛中于一個氮化硼支架上直接加熱石墨樣品，得到產率為8%~12%的煙灰。這是一種直接加熱石墨的方式，它與太陽能加熱石墨法的共同點是：石墨尺寸比原先Kratschmer ~ Huffman法允許大得多。但是兩者的輻射能量利用率和產率都不能與石墨電弧放電法競爭。苯火焰燃燒法

在火焰中對多面體碳離子形成的觀測證實了富勒烯可能在燃燒中形成的設想。1991年麻省理工學院的[11][12]Howard等從苯/氧火焰中發現了鑒定了C60和C70的存在。最近的研究進一步明確了壓力、C / O比值、溫度稀釋氣體的種類和濃度等因素對預混合的苯/氧層流火焰也產生富勒烯，但比苯燃燒產率低。從苯/氧火焰可得到較大量的C60 / C70，得到產率高達20%的煙灰，按原料消耗計可得到0.5%的C60和C70。C60 / C70的最大生成速率出現在9199Pa壓力、C / O=0.989、25%氦稀釋氣體。燃燒合成法不僅提供了一條新的大量制備富勒烯的方法，而且能夠在很大范圍內控制產物的分布，還在火焰中發現了富勒烯亞穩態的異構體。苯火焰燃燒法有可能成為大規模工業生產富勒烯的方法，由此可制備出不同種類的富勒烯。有機合成法

富勒烯C60 / C70具有球面大電子體系的芳香性碳籠結構，它的發現也向有機合成化學家提出了艱巨的合成挑戰。經過一段短暫的沉默和思考，合成化學家開始從理論和實驗兩方面探求化學全合成分子C60 / C70的可能性和途徑。C60的化學合成進展盡管尚不能與電弧放電法相比，但化學全合成研究對于C60等富勒烯的形成機理，C60的籠內外修飾是有重要意義的。有機合成的高難度和長途徑是明顯的，首先，與石墨電弧放電法的高溫和混亂相比較，有機合成要在較低的溫度下完成，要有明確次序的合成路線；其次，建設不含氫、封閉成球的富勒烯分子，要克服完全脫氫環稠合時存在張力的難題，有機合成的方向性和選擇性控制問題及合成步的產率問題；然后，C60 / C70分子和與其相關的現有合成基礎、現有合成物的差距甚遠。合成路線是較長的，產物分離也是個難題。顯然，需要一個高度出色的藝術化的合成特技，合理簡潔的合成路線設計顯得尤為重要。結語

由于富勒烯的來源和價格對富勒烯化學的發展及應用起著制約作用，各國對富勒烯制備的研究愈加重視。目前主要還是通過石墨電弧法來獲得富勒烯的，制備時并伴有更大的團簇分子的生成，在某些條件下

[1]還得到巴基管、巴基蔥等。蒸發石墨法特別是太陽能加熱石墨法雖然研究得不夠完善，但為富勒烯的大量制備展示了良好的前景。如果將火焰燃燒法、熱解萘法、有機合成法所獲得的進展結合起來考慮，有理由相信，在不遠的將來作為一個有機制備過程的產品，大批量的富勒烯會被合成出來，并且成為高新技術產品的基本原料。