高压下新型富勒烯掺杂限域体系的结构相变研究及超硬材料的合成探索

Studying the Intercalated Confined Fullerene (ICF) under pressure is an effective way to synthesize new fullerene based materials with unique structures and excellent properties. High pressure can affect the structures and properties of ICFs by controlling the spatial separation and the interaction between host and guest. However, the mechanism of the combined effect is still unclear. Based on this question, we intend to carry out high pressure studies on several typical ICFs with different types of interaction and constructed units: 1) The in-situ high pressure study will be carried out on the Ni(OEP) doped C60 and AgNO3 doped C60. Raman and IR spectrometers are used to analyze the rule and mechanism of the phase transition. The combined effect of the yielded space confinement and interaction between molecules on the behavior of fullerenes under pressure will be uncovered in this research. 2) Fc doped C60/C70 and Ni(OEP) doped C60/C70 will be treated under high pressure and high temperature (HPHT). The structures and properties of the obtained materials will be analyzed using Raman spectrometer. The mechanism of the phase transition and the doped confinement effect on the structure changing of CIFs under HPHT will be discussed in this study. 3) Taking CIFs as initial materials, we focus on the formation of some new materials with unique doped polymeric structures and excellent mechanical properties under pressure.

利用高压手段研究富勒烯掺杂限域体系是获得结构独特和性能优异的新材料的有效途径。高压可以有效调节该体系中分子间相互作用和空间限域结构，从而引起富勒烯结构和性质的改变。然而有关两者的共同作用机制还不清楚，基于此本申请首次提出以几种分子间具有不同相互作用和空间限域结构的富勒烯掺杂材料为研究对象，开展高压研究：1）对C60掺杂八乙基卟吩镍(Ni(OEP))和硝酸银(AgNO3)进行在位高压研究，利用拉曼，红外光谱分析其随压力的结构变化规律及变化机制，探索分子间相互作用及空间限域效应的共同作用对富勒烯高压行为的影响。2）对C60/C70掺杂二茂铁(Fc)，Ni(OEP)进行高温高压处理，结合拉曼光谱对所得样品进行结构，性质分析，探索其在高温高压下的结构变化规律，揭示掺杂对富勒烯分子结构转变的影响。 3）以富勒烯掺杂限域体系为初始原料，力争在高压/高温高压下合成掺杂聚合结构和具有超硬特性的新材料。

利用高压手段研究富勒烯掺杂限域体系是获得结构独特和性能优异的新材料的有效途径。高压可以有效调节该体系中分子间相互作用和空间限域结构，从而引起富勒烯结构和性质的改变。然而有关两者的共同作用机制还不清楚，基于此本申请首次提出以几种分子间具有不同相互作用和空间限域结构的富勒烯掺杂材料为研究对象，开展高压研究：1）对C60掺杂二茂铁(Fc)，Ni(OEP)，AgNO3进行高温高压处理，探索其在高温高压下的结构变化规律，揭示掺杂对富勒烯分子结构转变的影响。研究发现三种样品在高温高压（1.5 GPa, 573K和2GPa，700K）下均可形成不同维度的聚合结构，并且这些聚合结构可以保存到常温常压状态下，并随温度压力的升高聚合程度有不同程度提高，但三种样品在相同条件下的聚合程度均比纯C60低。不同聚合结构的形成主要与三种掺杂体系的分子结构以及不同的掺杂限域程度有关。2）对C60掺杂Ni(OEP)和 AgNO3进行在位高压研究，分析其随压力的结构变化规律及变化机制，探索分子间相互作用及空间限域效应的共同作用对富勒烯高压行为的影响。研究发现两种样品在一定压力下均发生聚合，且聚合结构可以部分保留至常压状态，但所含聚合结构的比例不同，同时两种样品在压力作用下形成的聚合结构及聚合程度均高于纯C60在相似压力下所得结果。这主要与两种样品分子不同的限域作用有关。这是首次在仅有压力的作用下获得了C60掺杂复合材料的有序聚合结构。3）对纯C60及C60掺杂Fc进行在位高温高压研究，探索不同初始结构对高压相形成的影响，揭示掺杂限域效应对分子间聚合键形成的影响。研究发现C60，C60/Fc经相同压力温度作用后均可形成不同维度的聚合结构，但所含聚合结构的比例不同，同时纯C60与C60/Fc形成聚合结构的条件不同。这是由于Fc的掺杂，使得C60分子被有序分隔开，不易形成聚合结构，只有在特定压力温度下才能形成聚合键。