硼杂[60]富勒烯的合成

Borafullerenes are expected to own some speccial physical and chemical properties as azafullerenes do, furthermore, Borafullerenes are possible to be applied as excellent acceptor materials in organic solar cell, or to be applied as good catalyst in reactions. However, Borafullerene is still in the stage of micropreparation during the past 20 years, macroprepation of it is not successful so far. This project is aimed to break this bottleneck in the heterofullerene area. Since electron properties of B and N are entirely contrary, the synthesis of borafullerenes perpaps to be different from the well-known synthetic strategy of azafullerene made by Wudl et.al. Our proposal is based on a good precursor-norfullerene, which is an open-caged fullerene that partial carbons are deleted from the skeleton. From the space ditance in the norfullerene, Boron atom looks very fit to reform new bonds and stay in the skeleton of the fullerene cage. This work is expected to bridge a gap in the heterofullerene chemistry and bring new hopes in material science.

B杂富勒烯不仅会由于Homo轨道强烈局域化的影响，表现出类似N杂富勒烯的一些特殊物理化学性质，而且由于B原子的缺电子性，有可能成为有机太阳能电池的优秀受体材料，或在反应催化方面会具有非常重要的潜在应用。但是，自从Wudl教授发现N杂富勒烯以来的将近20年时间里，B杂富勒烯依然停留在理论计算和质谱研究当中，宏量制备B杂富勒烯的课题始终没有得到解决。本项目旨在制备得到宏观量的B杂富勒烯或衍生物，突破杂富勒烯研究道路上的其中一个瓶颈。B和N原子的电子性质截然不同，如果模仿Wudl教授等合成N杂富勒烯的策略估计很难实现B杂富勒烯的合成。本课题以偌富勒烯为前体，然后通过与硼试剂反应，期望能得到B杂富勒烯或衍生物。偌富勒烯分子骨架当中空缺一个C原子，从空间距离或成键角度上看能够满足类似B原子的杂原子嵌入其骨架当中。突破B杂富勒烯制备这个瓶颈，将会填补杂富勒烯化学的又一个空白，给材料领域带来新的希望。

硼杂富勒烯由于富勒烯骨架中嵌入缺电子的硼原子，性质非常特殊，作为一类重要的杂富勒烯过去二十年了一直是化学家想突破的一个难点。该项目探索了3年，我们没有成功实现硼杂富勒烯的制备。但我们在利用有机合成的方法探索硼杂富勒烯的过程中，成功地优化了氮杂富勒烯的合成路线，另外对二聚氮杂富勒烯，氮杂富勒烯氢化物，及芳香基团单取代的氮杂富勒烯衍生物，尝试了作为催化剂光催化氧化反应，单分子导电实验等。单分子导电实验首次发现氮杂富勒烯二聚体溶液在光照条件下二聚体和单体可以实现开关可逆。该工作为单分子尺度的富勒烯的电导研究工作打开了新的局面。另外，我们尝试了燃烧法以及FVP等非有机合成方法制备硼杂富勒烯，虽然没有成功制备得到硼杂富勒烯，但在研究中我们得到一些重要的中间体证明富勒烯C1和C2共同生长的重要机理。通过两种不同类型的实验比较，我们认为燃烧法、电弧放电法以及FVP等方法或许是制备硼杂富勒烯更好的方法。