基于纳米石墨烯分子合成新型富勒烯

Since the discovery of fullerene in 1985, fullerene has become an important field in chemistry. In fullerene chemistry, the synthesis of fullerenes is of great importance. Every breakthrough in the fullerene synthesis breathed life into fullerene chemistry and attracted great attentions. Benefitted by the development of synthetic method in last decade, novel fullerenes become a hot topic in fullerene chemistry and are of fundamental and practical interest. However, its synthesis is still the critical bottle neck for its further study and applications, suffering from its low yield. This project will focus on the synthesis of novel fullerenes using nanographene molecules as the precursor. By using different nanographenes with different molecular size or different termination groups, the yields of novel fullerenes and number of fullerene species will be investigated, in order to improve the yields of novel fullerenes. Meanwhile, our research will provide new clues on the growth and structural assembly of novel fullerenes and thus disclose the formation mechanism of carbon clusters. Under optimized synthetic conditions, novel fullerenes will be efficiently synthesized and isolated, providing valuable opportunities to study the chemical reactivity, charge transfer, photovoltaic transformation, non-linear optical property of novel fullerene based materials.

自1985年，富勒烯首次在气相中合成之后，富勒烯已成为化学研究中一大重要领域。其中，富勒烯合成方法的研究尤其重要，它给富勒烯化学注入了蓬勃生机，激发了新兴的研究热潮。得益于富勒烯合成技术的进步，新型富勒烯成为最近十年来富勒烯化学的一大研究热点，具有重大的基础及应用研究价值。然而，目前新型富勒烯合成产率极低、产物复杂，已成为制约其研究发展的瓶颈，发展更为高效的合成方法已迫在眉睫。本项目以具有确定尺寸和结构的纳米石墨烯分子为原料，高效选择性地合成新型富勒烯。本项目将通过调控不同纳米石墨烯分子的结构，研究其对于新型富勒烯合成产率以及合成物种的影响，揭示富勒烯结构组装和生长与纳米石墨烯结构之间的关系和转化规律。同时基于该合成方法，高效的合成和分离制备新型富勒烯材料，为其化学反应、电子转移、光电转换、非线性光学的研究铺平道路。

富勒烯合成方法的研究是富勒烯化学中重要的研究领域，给富勒烯化学注入了蓬勃生机，激发了新兴的研究热潮。富勒烯合成方法的革新实现了新型富勒烯的合成，这也成为最近十年来富勒烯化学的研究前沿，在基础研究和应用开拓上都有着重要的研究价值。但是，目前新型富勒烯合成产率极低、产物复杂并且合成设备结构复杂，难以连续生产，已成为制约其研究发展的瓶颈，发展更为高效的合成方法及合成设备已迫在眉睫。通过本项目的实施，我们设计并加工了高频石墨炉作为新型的富勒烯合成装置。该合成装置可以实现非接触式的快速升温到2800度，具有连续生产和优异的抗腐蚀能力。我们也探索了以具有确定尺寸和结构的纳米石墨烯分子为原料，合成新型富勒烯的合成方法。同时，实现了石墨烯分子确定结构的合成、功能化及超分子组装；获得了含氧的相邻五元环富勒烯。在本项目的资助下，申请人以通讯作者在JACS及Angew Chem等上发表相关论文四篇。