富勒烯是什么物质?谁发现的?

克罗托等人之所以能够勾画出C60的分子结构,富勒的启示起了关键性作用,因此他们一致建议,用布克米尼斯特·富勒（Buckminster Fuller）的姓名加上一个词尾-ene来命名C60及其一系列碳原子簇,称为Buckminsterfullerene,简称Fullerene,中译名为富勒烯.
近年来,科学家们发现,除金刚石、石墨外,还有一些新的以单质形式存在的碳.其中发现较早并已在研究中取得重要进展的是C60分子.C60分子是一种由60个碳原子构成的分子,它形似足球,因此又名足球烯.C60是单纯由碳原子结合形成的稳定分子,它具有60个顶点和32个面,其中12个为正五边形,20个为正六边形.其相对分子质量约为720.处于顶点的碳原子与相邻顶点的碳原子各用近似于sp2杂化轨道重叠形成σ键,每个碳原子的三个σ键分别为一个五边形的边和两个六边形的边.碳原子杂化轨道理论计算值为sp2.28,每个碳原子的三个σ键不是共平面的,键角约为108°或120°,因此整个分子为球状.每个碳原子用剩下的一个p轨道互相重叠形成一个含60个π电子的闭壳层电子结构,因此在近似球形的笼内和笼外都围绕着π电子云.分子轨道计算表明,足球烯具有较大的离域能.C60具有金属光泽,有许多优异性能,如超导、强磁性、耐高压、抗化学腐蚀、在光、电、磁等领域有潜在的应用前景. 　　碳纳米管是典型的富勒烯,又称巴基管,是一种管状结构的碳原子簇,直径约几纳米,长约几微米.据理论计算,碳纳米管纤维的强度是钢的100倍,而质量仅为钢的1/7,如果能做成碳纤维,将是理想的轻质高强度材料.碳纳米管还具有极强的储气能力,可以在燃料电池储氢装置上.
C60是一种碳原子簇.它有确定的组成,60个碳原子构成像足球一样的32面体,包括20个六边形,12个五边形.由于这个结构的提出是受到建筑学家富勒(Buckminster Fuller）的启发.富勒曾设计一种用六边形和五边形构成的球形薄壳建筑结构.因此科学家把C60叫做足球烯,也叫做富勒烯,因为32面体的每个顶点上的碳原子跟三个其它的碳原子相邻.如同苯环上每个碳原子都是sp2杂化.p轨道在环的上、下形成π键一样,足球烯每个顶角上的碳原子也都满足sp2杂化的要求,（类似萘环上两个不带氢原子的碳原子）剩余的p轨道在C60分子的外围和内腔形成π键.所以C60是一种烯. 因为C60是石墨、金刚石的同素异形体,因此有科学家联想到用廉价的石墨作原料合成C60,也有人想到它含有苯环单元的结构,或许可以选用苯作原料合成C60.这些设想最后都实现了.现在,1000g苯可以制得3gC70和C60的混合物（它们的比率为0.26～5.7）. 　　大自然鬼斧神工的巧合,这60个C原子在空间进行排列时,形成一个化学键最稳定的空间排列位置,恰好与足球表面格的排列一致.
物理性质
颜色与性状
　　C60在室温下为紫红色固态分子晶体,有微弱荧光.
分子大小
　　C60分子的直径约为7.1埃（1埃= 10^ -10 米即一百亿分之一米）.
密度
　　C60的密度为1.68g/cm^3.
溶解性
　　C60不溶于水等强极性溶剂,在正己烷、苯、二硫化碳、四氯化碳等非极性溶剂中有一定的溶解性.
导电性
　　C60常态下不导电.因为C60大得可以将其他原子放进它内部,并影响其物理性质,因而不可导电.另外,由于C60有大量游离电子,所以若把可作β衰变的放射性元素困在其内部,其半衰期可能会因此受到影响.
超导性
　　1991年,赫巴德(Hebard）等首先提出掺钾C60具有超导性,超导起始温度为18K,打破了有机超导体（Et)2Cu[N(CN)2]Cl超导起始温度为12.8K的纪录.不久又制备出Rb3C60的超导体,超导起始温度为29K.掺杂C60的超导体已进入高温超导体的行列.研究显示,这类材料是以晶格里的电洞来传导电流（类似p型半导体）,若加入其它分子（例如三溴甲烷）来拉长晶格间距,还可以有效地提升其超导相变温度至117K.中国在这方面的研究也很有成就,北京大学和中国科学院物理所合作,成功地合成了K3C60和Rb3C60超导体,超导起始温度分别为8K和28K.有科学工作者预言,如果掺杂C240和掺杂C540,有可能合成出具有更高超导起始温度的超导体.
磁性
　　阿勒曼(Allemand）等人在C60的甲苯溶液中加入过量的强供电子有机物四（二甲氨基）乙烯（TDAE）,得到了C60(TDAE)C0.86的黑色微晶沉淀,经磁性研究后表明是一种不含金属的软铁磁性材料.居里温度为16.1K,高于迄今报道的其它有机分子铁磁体的居里温度.由于有机铁磁体在磁性记忆材料中有重要应用价值,因此研究和开发C60有机铁磁体,特别是以廉价的碳材料制成磁铁替代价格昂贵的金属磁铁具有非常重要的意义.
化学性
周环反应
　　富勒烯的[6,6]键可以与双烯体或双烯亲和体反应,如D-A反应.[2+2]环加成可以形成四元环,如苯炔.1,3偶极环加成反应可以生成五元环,被称作Prato反应.富勒烯与卡宾反应形成亚甲基富勒烯.周环反应
加氢还原
　　富勒烯氢化有几个容易的方法.氢化富勒烯如C60H18,C60H36.然而,完全氢化的C60H60仅仅是假设存在因为分子张力过大.高度氢化富勒烯不稳定,富勒烯与氢气直接反应在高温条件下的直接反应会导致笼结构崩溃,而形成的多环芳烃.
羟基化反应
　　富勒烯可以通过羟基化反应得到富勒多醇（fullerenols）和富勒醇.其水溶性取决于其（富勒醇）分子中羟基数的多少.一种方法是富勒烯与稀硫酸和硝酸钾反应可生成C60(OH)15.另一种方法是在稀氢氧化钠溶液的催化下反应由TBAH增加24 到26个羟基.羟基化反应也有过用无溶剂氢氧化钠与过氧化氢和富勒烯反应的报道.用过氧化氢与富勒烯的反应合成C60(OH)8,羟基的最大数量,可以达到36至40个.
氧化还原反应
　　氧化还原反应： 　　在光照的条件下将C60与O2反应生成环氧化物C60O2,但这种环氧化物不稳定,用矾土分离时能还原成C60.
加成反应
　　C60可以与氢或卤素单质进行加成.把其完全氢化便得绒毛球烷（Fuzzyball）,化学式为C60H60（加成进的氢原子有可能C60在笼内也可能在C60外部）.烷基*基R可与C60反应生成RC60加和物,RC60可生成C60直接键和哑铃状二聚体RC60-C60R.
亲电加成
　　富勒烯也可以发生亲电反应.可以在富勒烯球外加成24个溴原子.最多亲电加成纪录保持者是C60F48.根据氟硅烷的结构（在硅元素中）还难以预测C60F60是否可能有一些氟原子在“endo”位置（指富勒烯内部）,这种化合物是比起球型更类似于一个管状的富勒烯分子.
配位反应
　　富勒烯在有机金属化学中作为配体.[6,6]双键是缺电子的,通常与金属成键的η= 2（配位化学中的常数）.键合模式如η= 5或η=6可以因作为配体的球状富勒烯改变而改变.富勒烯和硫羰基钨W(CO)6在环己烷溶液中,阳光直接照射下反应生成的（η²-C60)5 W(CO)6.
内嵌反应
　　指通过化学手段选择性地切断富勒烯骨架上的碳碳键来制备开孔富勒烯的反应.开孔后就可能把一些小分子装到碳球中,如氢分子、氦、锂等.第一个开孔富勒烯是在1995由Wudl等报道的.
反加成
　　反加成反应即Retro-Additions(RA）.研究表明,通过RA消去,取代基实现了他们的目的后便与富勒烯主体分离.
与金属的反应
　　C60与金属的反应分为两种情况：一种是金属被置于C60碳笼的内部；另一种是金属位于C60碳笼的外部： 　　1)C60碳笼内配合物生成反应.C60碳笼为封闭的中空的多面体结构,其内腔直径为7.1埃,内部可嵌入原子、离子或小分子形成新的团簇分子,C60 + AC60(A）.Smalley等人现已发现能与C60生成C60(A）的金属有：K、Na、Cs、La、Ba、Sr、U、Y、Ce、Sm、Eu、Gd、Tb、Ho、Th等.除金属外,He、Ne等惰性气体及LiF、LiCl、NaCl等极性分子亦可移置C60笼中. 　　2)C60碳笼外键合反应.Ohno等人发现能与C60键合的金属有：V、Fe、Co、Ni、Rh、Cu、La、Yb、Ag等.
颜色反应
　　C60可以溶于二硫化碳中.颜色呈紫红色.