富勒烯(C60)因其獨特的物理,化學以及生物特性在光電子學、太陽能電池、光學限制器、傳感器、發光器件、光學過濾器和抗病毒化合物等領域都有應用的潛力。
C60分子的框架直徑為7.1 ?,呈截短的二十面體結構,由60個碳原子組成,位于20個六邊形和12個五邊形的節點上。這些節點排列在籠狀晶格中,結構由單鍵和雙鍵交替確定。由于C60分子體積小、各向同性、呈球形,可以將其視為理想的零維(0D)單元,以此可以構建更高維的結構,即1D、2D、3D納米材料。C60納米線作為C60的一維納米結構,因其具有高比表面積、低維度、以及勢能量子限域效應,在磁性和光子應用中作為一維單元已經展現出可行性。本文主要總結了富勒烯(C60)納米線的制備方法、分析表征手段、晶體結構和化學成分,分析了納米線的聚合過程以及重點關注了富勒烯(C60)納米線在實際應用方面的進展。
C60納米線的制備
目前制備C60納米線的方法有兩種:溶液直接生長法和液-液界面沉淀法(LLIP)。直接溶液生長法可以通過在飽和的C60溶液中緩慢蒸發溶劑來實現。溶劑分子摻入晶格中會產生不同的晶體形式,包括針狀和納米線狀C60晶體。實驗證明,隨著溶劑分子尺寸的增大,單元晶格的體積增大。與此不同的是,LLIP法需要使用兩種溶劑,C60納米線將在兩種溶劑的液-液界面生長??赏ㄟ^改變溶劑、溶劑量比和光照條件對LLIP方法進行改進。
C60納米線的表征
C60納米線是線狀的一維結構,長度可達幾毫米,長徑比可達4000。我們研究C60納米線的形貌、晶體結構以及C60分子在納米線中的聚合方式是研究C60納米線應用的一個重要方面。光學顯微鏡、透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)可以用來表征C60納米線的形貌特征。X射線粉末衍射(XRD)可以對C60納米線的晶體結構進行表征。氣相色譜質譜(GC-MS)和傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)可以檢測出C60中溶劑的殘留。使用C60和C70混合溶液制備C60-C70納米線時可以采用**液相色譜(HPLC)和拉曼光譜測定上清溶液和沉淀的化學成分。熱重分析證明了C60納米線在真空中高于550℃的溫度下開始分解。
C60納米線的應用
C60納米線保持了C60分子固有的性質,如激發態三態下的非線性性質,光轉化性質,以及C60分子與金屬或硅表面的強鍵合。此外,C60納米線還具有比表面積大、維數低、潛在的量子限域效應等特性,這使其具有比C60分子更廣泛的應用前景。
?在光學方面,C60具有較大的非線性光學響應,跨越可見光譜的C60納米線的高可調光敏性使得C60納米線具有在光電探測器、光伏以及電子成像中應用的潛力。
?在電學方面,由于直徑的不同,C60納米線的電學性質也不盡相同,從絕緣體到半導體。因此,C60納米線可以在絕緣體和低維半導體方面有潛在的應用。此外,C60納米線可以通過摻雜鉀等堿金屬制成超導體。也有人嘗試將C60納米線用于甲醇燃料電池中。
?在機械方面,C60納米線優越的機械性能也被用于機械和機電設備,用于機械結構時,它們應形成獨立的結構,如懸臂或雙支撐梁和膜,而不是固定在基板上。然而,利用C60納米線實現MEMS器件還存在許多問題:例如,器件的制造過程很困難,器件設計所必需的屬性數據仍然不完整。
?在生物方面,C60納米線能夠定位細胞內的線粒體和其他細胞位置,在患病狀態下,這些位置會產生自由基,C60納米線具有大量的共軛雙鍵和較低的**未占據分子軌道(LUMO),容易吸收電子,因此極有可能受到自由基的攻擊,具有作為生物抗氧化劑的潛力。C60納米線還可以與許多超氧化物反應而不被消耗,它們被認為是世界上最**的自由基清道夫。
?在電化學方面,C60分子具有共軛p鍵和**的電子接受能力,可以在不含任何金屬雜質的情況下加速電子轉移。因此,該材料可用于各種電化學傳感器。通過羧基、羥基和胺基的共價功能化以及非共價超分子相互作用,克服了C60分子特別是在水介質中聚集和**氧化還原活性的問題,使C60分子具有水溶性,可用于電化學生物傳感。應該提到的是,對于C60薄膜優越的電催化活性的起源,一直存在著重大的爭論。然而,C60的電化學特性包括多重氧化還原態、多種氧化還原態的穩定性以及易于功能化等,已被廣泛應用于催化生化傳感器中作為識別位點和電極之間的中介。
膽固醇修飾富勒烯/γ-環糊精包結復合物(CHL-C60/γ-CD)
水溶性富勒烯(Water-soluble-fullerene)
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