《不溶金屬富勒烯的衍生化提取及結構性質表征》是依託華中科技大學，由盧興擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：不溶金屬富勒烯的衍生化提取及結構性質表征
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：盧興
- 依託單位：華中科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
當前對金屬富勒烯的研究幾乎完全集中在可被常規溶劑提取的可溶物種，如Sc3N@C80和La@C82等，而對不溶物種的結構和性質知之甚少。事實上，在電弧法生產的原灰中，不溶物種的含量和種類要遠高於可溶物種，因此對它們的有效提取不僅可極大豐富富勒烯家族，並且對深刻理解其生成機理並拓寬其套用領域具有重要意義。本研究針對可形成多種內包金屬形態的含釔富勒烯開展研究。在高產率合成的基礎上，擬採用多種衍生化手段處理原灰或升華物，將其中大量不溶物種以衍生物的形式提取出來，並分離得到純品，採用各種先進手段解明其分子結構、充分表征其物理化學性質，並適當考察其套用。通過對實驗結果的系統分析，希望找到適用於提取此類不溶物的通用策略和方法，以推廣到其它金屬富勒烯的量化生產中，為它們在新能源材料和生物醫學中的套用奠定基礎。通過選擇不同反應試劑和溶劑，將可得到具有不同內包基團和碳籠結構、從而具有多種光電磁性質的新材料。
結題摘要
富勒烯（Fullerene）是一類由純碳組成的籠狀分子，由於其獨特的結構和新奇的性質而備受矚目，其發現者也獲頒1996年諾貝爾化學獎。富勒烯碳籠內可包入多種金屬原子或金屬團簇，形成一種全新的金屬/碳雜化材料，被稱為內包金屬富勒烯（Endohedal Metallofullerenes），由於金屬的存在和電荷轉移，金屬富勒烯的性質更加獨特，因此具有更廣闊的套用前景。本項目針對多種金屬富勒烯開展高效合成、快速提取、結構表征和化學性質等方面的研究工作，取得了一系列新結果。在合成方面，通過最佳化電弧放電條件，實現了日產15g富含金屬富勒烯的原灰，質譜結果表明金屬富勒烯已經成為原灰中的主要產物，其含量高於90%，其中含有大量的不溶金屬富勒烯，這不僅證明電弧法的高效，也給我們後續的提取提供了豐富的素材。在提取方面，首先採用多種有機溶劑對原灰進行了提取，結果顯示原灰經超聲粉碎後再採用索式提取結合高溫回流的效果最好，經24小時連續提取後，提取液中的金屬富勒烯的含量超過60%。根據不同金屬富勒烯對路易斯酸的活性不同，找到幾種合適的無機路易斯酸作為化學沉澱劑（AlCl3，SnCl2等），採用沉澱分離法得到金屬富勒烯的富集物，然後利用HPLC分離得到各種異構體的純品，並測定了多個新型物種的分子結構，如大碳籠富勒烯La2C2@C100，具有非“獨立五元環”結構的Sc2@C66和La2@C76等。同時，我們得到了多種不同金屬富勒烯物種並較為深入的考察了它們的化學反應性，例如，發現了金屬富勒烯與反常氮雜卡賓的路易斯酸鹼配對反應、碳籠大小與電子結構對籠外加成基團構象的影響、採用籠外化學修飾對內部金屬團簇的形貌進行了有效調控等；並發展了一系列新型化學反對金屬富勒烯進行功能化，為拓展其套用奠定了基礎。發表SCI論文13篇，撰寫專利1項，培養博士後1名，博士生2名，碩士生2名。
