Реферат: Эндометаллофуллерены

Московский государственный университет

им. М.В. Ломоносова

Факультет наук о материалах

Кареев Иван Евгеньевич

Тема реферата:

“Эндометаллофуллерены”

Москва 2001

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………………3

Возможно вы искали - Реферат: Энергетика ТЭК: Нефть, нефтяная промышленность

Методы синтеза эндометаллофуллеренов…………………………………………………….5

Лазерное распыление ………………………………………………………………….5

Электродуговой метод………………………………………………………………….7

Другие методы синтеза эндоэдральных фуллеренов………………………………....9

Выделение и разделение эндометаллофуллеренов………………………………………….10

Похожий материал - Реферат: Этилен и его производные в промышленном органическом синтезе

Экстракция из эндофуллеренсодержащей сажи……………………………………..10

Сублимация из эндофуллеренсодержащей сажи…………………………………….14

Разделение эндометаллофуллеренов………………………………………………… 15

Свойства эндометаллофуллеренов………………………………………………………...….18

Заключение……………………………………………………………………………………..22

Очень интересно - Реферат: стекло

Список литературы…………………………………………………………………………….23

Введение

Одним из наиболее замечательных достижений науки прошедшего века является открытие фуллеренов, удостоенное Нобелевской премии по химии за 1996 год, которую получили Гарольд Крото (Великобритания), Роберт Керл и Ричард Смолли (США). Фуллерены - это новая аллотропная форма углерода. Свое название они получили в честь архитектора Бакминстера Фуллера, создавшего геодезические дома-куполы из пяти- и шестиугольников. Фуллерен представляет собой полую внутри высоко симметричную структуру, замкнутая поверхность которой образована правильными многоугольниками из атомов углерода.

В начале семидесятых годов независимо друг от друга в теоретических работах советских химиков Д. Бочвара и Е. Гальперн и японского физика Е. Осава обсуждалась возможность существования полиэдрических кластеров углерода, и прогнозировались некоторые их свойства [1]. В 1985 году эти предположения были экспериментально подтверждены Р. Керлом, Г. Крото и Р. Смолли [2]. При исследовании масс-спектров паров графита, полученных при лазерном облучении твердого образца, авторы обнаружили пики, соответствующие массам 720 и 840. Они предположили, что данные пики отвечают индивидуальным молекулам С₆₀ и С₇₀ и выдвинули гипотезу, что молекула С₆₀ имеет форму усеченного икосаэдра симметрии I_h , а С₇₀ – более вытянутую структуру эллипсоидного типа симметрии D_5h . Вслед за этим немедленно появилось сообщение [3], в котором на основании наблюдения в масс-спектрах паров графита, допированного атомами La, пика m/l=859=(720+139), был сделан вывод о возможности внедрения во внутреннюю полость сфероидной молекулы С₆₀ атома лантана с образованием эндоэдрального комплекса La@C₆₀ . Оба эти предположения в дальнейшем блестяще подтвердились. В 1990 году В. Кречмером и Д. Хаффманом был предложен способ получения фуллеренов в макроскопических количествах. С этого момента начался "фуллереновый бум", а поток публикаций об их удивительных свойствах резко возрос.

Эндоэдральные углеродные кластеры (эндометаллофуллерены M@C_2n ), содержащие атомы металла внутри фуллереновой молекулы, являются производными фуллеренов и в настоящее время выделились в отдельную область научных исследований и представляют особый интерес. Образование подобных соединений наиболее характерно для молекулы фуллерена C₈₂ с металлами 3-й группы (Sc, Y, La) и лантаноидами. Известны также эндометаллофуллерены и с другими углеродными кластерами: C₆₀ , C₇₀ , C₇₆ , C₇₈ , C₈₀ , C₈₄ и др. [4-9]. Эндометаллофуллерены представляют собой совершенно новый тип углеродных кластеров, существенно отличающихся от полых фуллеренов. Атом металла, внедренный внутрь фуллереновой молекулы, значительно изменяет ее электронные свойства. В случае La@C₈₂ три электрона от металла переходят на фуллерен, образуя комплекс La ³⁺ @C₈₂ ^3- (рис.

Вам будет интересно - Реферат: Как химия влияет на окружающую среду или химическое загрязнение среды промышленностью

Рис. 1. Эндометаллофуллерен La@C₈₂ (15 атомов углерода из 82-х убраны для наглядности).

В отличие от полых фуллеренов, которые обладают выраженными акцепторными свойствами, для эндометаллофуллеренов помимо акцепторных свойств характерны и донорные. Эндометаллофуллерены могут содержать один или несколько атомов металлов внутри фуллеренового каркаса и быть парамагнитными или диамагнитными соединениями. Уникальная структура эндометаллофуллеренов и разнообразие их свойств в зависимости от внедренного металла и фуллерена вызывают большой интерес к ним в плане изучения их химических и физических свойств. Исследования эндометаллофуллеренов и их производных в последние годы значительно расширили горизонты наших надежд на новые технологии, в том числе и в лечении такой страшной болезни как СПИД. Самый сенсационный результат - возможность применения производных эндометаллофуллеренов для лечения вирусных заболеваний, вызываемых ВИЧ-инфекцией. Уже есть экспериментальные результаты о воздействии их на вирус ВИЧа при нетоксичности и хорошей переносимости в больших дозах животными [11]. Можно ожидать, что эндометаллофуллерены послужат основой для создания новых материалов с особыми свойствами: сверхпроводники, органические ферромагнетики, лазерные и сегнетоэлектрические материалы, фармацевтические и радиофармацевтические препараты и т.п. Однако эндометаллофуллерены до сих пор мало изучены. В литературе практически отсутствуют данные о их химических и физических. Главной причиной такого положения является ограниченная доступность эндометаллофуллеренов, что связано с проблемами их синтеза и выделения в значительных количествах.

Молекулы фуллеренов, в клетку которых заключены один или несколько атомных частиц (атомов или молекул), получили название эндоэдральных соеди­нений (или эндоэдралов). Для обозначения таких моле­кул используется формула М_m @С_n где М — инкапсули­рованный атом или молекула, а нижние индексы m и n указывают на число таких атомов и атомов углерода в молекуле фуллерена соответственно [12]. Рекомендуемое IUPAC название для La@C₈₂ звучит следующим образом “[82] fullerene-incar -lanthanum” и записывается в виде i LaC₈₂ [13].

Методы синтеза эндометаллофуллеренов

Эндоэдральная молекула может быть получена двумя различными способами:

Похожий материал - Реферат: Как химия влияет на окружающую среду или химическое загрязнение среды промышленностью

· первый способ состоит в создании таких условий, когда уже в процессе синтеза фуллеренов некоторая доля молекул оказывается заполненной атомами или молекулами элемента, присутствующего в зоне синтеза;

· второй способ синтеза эндоэдральных соединений основан на внедрение атомов или молекул внутрь углеродного каркаса уже готовых молекул фуллерена.

Лазерное распыление

Метод лазерного распыления был использован для получения эндометаллофуллеренов еще в первой работе [3]. Для образования эндоэдральных фуллеренов необходимо присутствие в высокотемпературной области определенного количества паров того элемента, который должен быть заключен внутрь углеродного каркаса. В первых работах это достигалось использованием специально приготовленного материала мишени, представляющего собой графит низкой плотности, вымоченный в водном растворе соли LaCl₃ . Поверхность графитового диска подвергалась воздействию импульсов сфокусированного лазерного излучения с длиной волны 532 нм, длительностью 5 нс. и энергией 30 – 40 мДж (рис. 2). После окончания лазерного импульса облучаемая поверхность обдувалась потоком гелия, который формировалась в импульсном сопле. Углеродный пар, содержащий также примесь паров лантана, уносился потоком гелия, и по мере остывания атомов углерода происходила конденсация, сопровождаемая образованием кластеров углерода. Полученный таким образом поток кластеров направлялся в камеру масс-спектрометра. Масс-спектры продуктов термического испарения материала мишени наряду с полыми фуллеренами С₆₀ , С₇₀ и др. также содержали эндоэдральные фуллерены La@C₆₀ и La₂ @C₆₀ .