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足球烯几个五边形几个六边形(碳氏三兄弟的老三,逆袭出圈)

更新时间:2022-09-28 12:10:46

如果材料本身有意识,所有的材料一定都嫉妒富勒烯。近年来富勒烯开始在国内受到关注,因其有诺贝尔奖光环,它的走红速度似乎比其他成分更快。前不久网上流传的赤峰福纳康富勒烯科技馆的照片也再度引起了人们的关注。

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赤峰富勒烯科技馆

有人说富勒烯功效纯属炒作,有人说富勒烯应用神奇至极,那么本文就带领大家解析一下富勒烯真正的来龙去脉。

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富勒烯C60

1985年9月,克罗托、斯莫利和柯尔提出了一种全碳分子,这是除了石墨和金刚石之外的碳的第三种同素异形体,这一发现于1985年11月14日以《C60:巴克明斯特富勒烯》为题发表在《自然》杂志上,标志着富勒烯的神秘面纱被揭开,从此出现在大众面前。

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富勒烯的诞生还得从天文学研究说起,科学家们很早就知道,碳是构成地球生命的基本元素。而在 20 世纪 70 年代,哈罗德·克罗托等人通过射电天文学观测发现,星际空间中存在大量的长链碳分子,点燃了人们寻找地外生命的希望。克罗托认为,这些不同寻常的长链条分子是在富含碳元素的红巨星大气中形成的。

为了检验这个理论,最好能模拟恒星环境进行实验。1984年,克罗托在得克萨斯州参加分子结构会议的时候遇到了老朋友罗伯特·柯尔。在交谈中,克罗托得知柯尔现在与莱斯大学的同事斯莫利合作在研究半导体团簇材料。并且知道理查德·斯莫利有一台超级机器——团簇束流发生器(又叫 AP2),可以用来探寻奇异的分子结构。

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克罗托对这台仪器很感兴趣,会议结束后就跟着科尔去了莱斯大学。亲眼见到 AP2之后,他马上意识到它可以用来检验他关于碳分子形成的理论,提议三人合作开展研究。

经过一段时间的测试,他们发现了两个重要成果:一个是意料之中的长链碳分子,斯莫利称之为“克罗托的长碳蛇”,另一个则是某种此前未知的纯碳分子。质谱仪分析表明,这些碳分子大多含有 60 个碳原子,还有一些含有 70 个碳原子。

克罗托对这些意料之外的分子欣喜不已。进一步研究发现,C60十分稳定,表明这个分子可能具备高度对称的结构,并且不具备游离的碳原子支链或不饱和价键。经过一番艰苦的思考,研究团队提出了“足球烯”模型:整个分子由五边形和六边形相互拼接,构成了一个笼状结构。这一构想的灵感来自建筑大师巴克敏斯特·富勒(Buckminster Fuller)的作品——蒙特利尔世界览会的美国馆,它有着巨大的网格状穹顶。研究团队将这类碳分子命名为富勒烯(buckminsterfullerene,后改为 fullerene)。

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富勒(Fuller)和他建造的球形美国馆

最后,和大家了解的一样,科学家通过各种实验数据,证实了克罗托等人关于富勒烯的结构及其特性的猜想。因为发现富勒烯,克罗托、科尔和斯莫利三人共同获得了 1996 年的诺贝尔化学奖。