《相鄰五元環富勒烯的籠外衍生穩定化及其結構與性質》是依託廈門大學，由謝素原擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：相鄰五元環富勒烯的籠外衍生穩定化及其結構與性質
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：謝素原
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
雖然富勒烯研究已經走過了二十五年的歷程，人們對相鄰五元環富勒烯的深入研究才剛剛開始。本項目將以含有相鄰五元環的富勒烯為研究重點，立足於項目組過去十餘年在新型團簇宏量合成方面的研究基礎，通過籠外衍生穩定化修飾，合成並分離得到一批新型的、含有相鄰五元環的富勒烯或其衍生物，添補和完善富勒烯'家族'成員，藉助各種結構表征手段並結合理論計算，揭示它們的結構特點，總結使這些不同類型的活潑富勒烯得以籠外修飾穩定化的結構規律，結合理論研究，理解這些富勒烯的結構組裝和生長，進而研究富勒烯的形成機理。同時，在相鄰五元環富勒烯宏量合成（穩定化）和分離表征的基礎上，針對性地研究各種類型的相鄰五元環富勒烯的性質特點，重點考察這些富勒烯及其衍生物的化學反應、電子轉移、光電轉換、非線性光學等性質，在系列實驗研究和理論研究的基礎上，總結性能與結構的構效關係，為新型富勒烯的功能化奠定基礎，開闢富勒烯研究的新領域。
結題摘要
本項目以打破獨立五元環規則（IPR）的富勒烯為研究重點，通過籠外衍生穩定化修飾，合成並分離得到了一批新型的、含有相鄰五元環的富勒烯氯化或氫化衍生物，添補了富勒烯'家族'成員。藉助X-射線衍射（XRD）等結構表征手段，揭示了它們的結構特點，總結出使這些活潑富勒烯得以穩定化的結構規律，結合理論計算，研究了這些富勒烯的生長環境，進而促進了對富勒烯的形成機理的認識。同時，發展了相鄰五元環富勒烯的燃燒合成方法，在宏量合成（穩定化）和分離表征的基礎上，針對性地研究了各種類型的相鄰五元環富勒烯的性質特點，探索了新型富勒烯及其衍生物的化學反應，完善了製備與表征有機（聚合物）薄膜太陽能電池的裝置設備，重點考察了新型富勒烯作為有機太陽能電池電子受體材料的性質。本項目的研究為新型富勒烯的功能化奠定了基礎，開闢了富勒烯研究的新領域。取得的主要成果如下： 1．在石墨電弧放電過程中，以氯化的方式捕獲得到了含有七元環的富勒烯C68，通過XRD準確地表征了其結構，同時，設計了13C同位素標記實驗對碳簇的生長過程進行了跟蹤，結合理論計算，研究了反應的溫度和能流密度等環境條件，有助於對廣泛存在於碳同素異形體中的七元環缺陷的形成和富勒烯生長機制的理解。 2．通過籠外衍生穩定化的途徑，得到了一批富勒烯氯化物，確定了C56、C64、C66、C70等含相鄰五元環的富勒烯系列結構，揭示了兩個五元環相鄰、三個五元環稠聯的富勒烯的結構特徵，印證了使相鄰五元環富勒烯得以穩定的“張力釋放”和“局域芳香性”兩個基本原理。 3. 合成並表征了一個相鄰五元環有利的富勒烯氯化物C72Cl4，這一含相鄰五元環的富勒烯比理論預測的符合IPR的C72異構體更加穩定，因此成為IPR的一個例外，相關工作得到Angew兩個半版面的Highlight評述。 4. 運用苯燃燒合成富勒烯的方法，證明了燃燒反應不僅可套用於含相鄰五元環的新型富勒烯（如C50和C60異構體）的合成，也有助於捕獲碳簇反應中間體，促進對富勒烯形成機理的理解。在外，完善了苯燃燒宏量合成設備，為開拓進行相鄰五元環富勒烯的實驗研究創造了物質條件。 5. 最佳化了研究有機（聚合物）薄膜太陽能電池的裝置設備，探索了含相鄰五元環的C50H10、C60(CH3O)4、富勒烯－芴、富勒烯－苊衍生物作為聚合物太陽能電池的電子受體的套用可能性，獲得了高開路電壓的聚合物太陽能電池。
