Фуллерены, их производные и нанотрубки

Содержание
Введение
История открытия
Строение молекул фуллеренов
Производные фуллеренов
Свойства фуллеренов
Масс-спектрометрия и исследования фуллеренов
Углеродные нанотрубки
Заключение

Производные фуллеренов

Рис. 3. Некоторые структуры азафуллеренов.

Молекула (С59N)2	Молекула С59N
Молекула С59NH	Молекула С59NH5

Одним из интересных представителей синтезированных на основе фуллеренов молекул, является димер азафуллерена (C59N)2 (рис.3.). Его особенностью является то, что в углеродном каркасе один атом углерода заменен атомом азота, причем такая замена приводит к изменению электронной структуры каркаса с четного числа электронов на нечетные, резко изменяя свойства молекулы. По этой причине мономер азафуллерена C59N может существовать только в газовой фазе после термического разложения димера в процессе сублимации. Являясь радикалом, азафуллерен может присоединять атомы, например, водорода, образуя гидроазафуллерены C59NHx. Изучение молекул азафуллеренов интересны в том отношении, что позволяет ответить на вопрос: как модификация фуллеренового каркаса влияет на те или иные физико-химические свойства фуллеренов?

Рис. 4. Некоторые структуры насыщенных фуллеренов C60Xn.

Молекула С60X18	Молекула С60X36
Молекула С60X48	Молекула С60X60

На сегодняшний день синтезировано огромное число различных производных фуллеренов. Наиболее интенсивно исследовались фторированные и гидрированные производные фуллеренов (рис. 4.). Отметим, что как гидрированные C60Hn, так и фторированные C60Fn фуллерены, синтезированы с различной степенью насыщения атомами водорода и фтора n. Правда до сих пор не синтезирован полностью насыщенный гидрофуллерен C60H60, однако есть указание на синтез C60F60. Безусловно, производные фуллеренов интересны как для исследовательских целей, так и для прикладных.

Твердое состояние связанных молекул фуллеренов называют фуллеритами. Ожидалось, что некоторые из плотных углеродных фаз, полученных на основе С60, имеют твердость выше, чем у алмаза. Получение фуллеритов с более высокими упругими модулями, чем алмаз, связывалось с высокой механической устойчивостью отдельной молекулы С60. В широком интервале внешних условий фуллериты являются молекулярными твердотельными веществами, в которых существенно сохранены их молекулярные свойства, и будут иметь структуру с плотной упаковкой. При конденсации, фуллерены образуют твердое состояние слабосвязанных молекул, подобную кристаллам инертных газов. В этой структуре каждая молекула имеет 12 ближайших соседей. Такая структура соответствует либо гранецентрированной кубической решетке, либо гексагональной. Если кратчайшее расстояние между атомами в отдельно взятой молекуле составляет 0,14 нм, размер молекулы - 0,67 нм то кратчайшее расстояние между атомами уже разных молекул равно 0,31 нм. При низкой температуре элементарная ячейка содержит четыре молекулы, которые образуют тетраэдр. Эти тетраэдры образуют свою кристаллическую решетку, которая является простой кубической.