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富勒烯及氫化富勒烯的制備方法

654   編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)   來源：廈門大學(xué)  
2023-04-19 16:58:05


權(quán)利要求

1.富勒烯及氫化富勒烯的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1，取定量金屬氫化物和石墨粉，將二者按比例混合均勻后裝填至預(yù)先打孔的石墨棒中;將填充后的石墨棒旋裝至電弧放電裝置的陽極端，并使石墨棒抵接至陰極石墨盤后，封閉反應(yīng)腔體;

S2，使用機(jī)械泵將反應(yīng)腔體抽真空后，向反應(yīng)腔體內(nèi)填充氦氣，二次抽真空以置換反應(yīng)腔體內(nèi)的痕量殘留空氣，置換步驟重復(fù)若干次，關(guān)閉抽氣閥門和機(jī)械泵后，向電弧反應(yīng)裝置腔體內(nèi)充入氦氣;

S3，打開循環(huán)冷卻水，在陰極與陽極之間接上電壓表，開啟逆變弧焊機(jī)并調(diào)節(jié)電流，石墨棒發(fā)亮后，拉開石墨陽極至產(chǎn)生弧光，反應(yīng)過程中保持陰極與陽極的相對距離不變;

S4，石墨陽極反應(yīng)完后，冷卻至室溫，關(guān)閉冷卻循環(huán)水，向反應(yīng)腔體內(nèi)引入氣體至常壓狀態(tài)，待碳灰沉降后收集碳灰，即得到富勒烯和若干種氫化富勒烯產(chǎn)物。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富勒烯及氫化富勒烯的制備方法，其特征在于：所述步驟S1中，金屬氧化物包括氫化鋰、氫化鈉、氫化鉀、氫化銫、氫化鎂、氫化鈣、氫化鋇或氫化鋁中的至少一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富勒烯及氫化富勒烯的制備方法，其特征在于：所述步驟S1中，金屬氫化物與石墨粉的摩爾比為1:(10～120)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富勒烯及氫化富勒烯的制備方法，其特征在于：所述步驟S1中石墨棒的規(guī)格為直徑8～12mm，長度100～150mm，陰極石墨盤的直徑為36～120mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富勒烯及氫化富勒烯的制備方法，其特征在于：所述步驟S2中，抽真空標(biāo)準(zhǔn)為將反應(yīng)裝置腔體內(nèi)的壓力抽至0.2mmHg，置換步驟重復(fù)次數(shù)為3～5次。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富勒烯及氫化富勒烯的制備方法，其特征在于：所述步驟S2中，置換步驟與反應(yīng)步驟中充入氦氣的壓力為1～40kPa，兩次充入氦氣的壓力相同或不同。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富勒烯及氫化富勒烯的制備方法，其特征在于：所述步驟S3中，逆變氬弧焊機(jī)的電流調(diào)節(jié)至10～200A，石墨棒發(fā)亮?xí)r，電壓為6～11V。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富勒烯及氫化富勒烯的制備方法，其特征在于：所述步驟S3中，陰極與陽極的相對距離保持不變并產(chǎn)生弧光時(shí)，電壓為20～45V。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富勒烯及氫化富勒烯的制備方法，其特征在于：所述步驟S4中向反應(yīng)腔體內(nèi)引入的氣體為氮?dú)狻⒖諝?、氬氣或氦氣中的一種。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富勒烯及氫化富勒烯的制備方法，其特征在于：所述步驟S4中得到的氫化富勒烯產(chǎn)物為CnH2、CnH4、CnH6、CnH8、CnH10、CnH12中的若干種，其中n為大于等于20，且除22外的偶數(shù)。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

[0001]本發(fā)明涉及納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種富勒烯及氫化富勒烯的制備方法。

背景技術(shù)

[0002]富勒烯Cn是一類由12個(gè)五元環(huán)和若干六元環(huán)組成的全碳籠狀分子。

[0003]1987年，Kroto等提出了決定富勒烯穩(wěn)定性的“獨(dú)立五元環(huán)規(guī)則”(即IPR規(guī)則)：在穩(wěn)定的富勒烯結(jié)構(gòu)中，所有的五元環(huán)都被六元環(huán)所隔離，相鄰五元環(huán)的存在會帶來較大的彎曲張力，如果富勒烯的球面含有相鄰分布的2個(gè)或多個(gè)五元環(huán)，碳籠就會因?yàn)榇嬖谳^大的張力而不穩(wěn)定。

[0004]在富勒烯結(jié)構(gòu)中，通常六元環(huán)表現(xiàn)為零曲率，而五元環(huán)賦予正曲率的彎曲，相比之下，七元環(huán)由于呈現(xiàn)負(fù)曲率的彎曲，并不利于富勒烯的形成。因此，七元環(huán)在原位生成的富勒烯結(jié)構(gòu)中非常罕見。

[0005]相對于表面只含五元環(huán)和六元環(huán)的經(jīng)典富勒烯而言，表面含七元環(huán)的富勒烯通常被稱為非經(jīng)典富勒烯。

[0006]富勒烯的一大迷人之處在于其豐富的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)，使得其具有良好的電子傳輸能力、生物相容性、抗氧化活性、催化性能、超導(dǎo)等特點(diǎn)，這也使得其在有機(jī)電子學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、化妝品、催化劑、超導(dǎo)體、非線性光學(xué)及潤滑劑等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。對富勒烯的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和穩(wěn)定化機(jī)制研究是當(dāng)前富勒烯科學(xué)研究的新階段。

[0007]IPR富勒烯的制備方法通常有激光蒸發(fā)法，電弧放電法，火焰燃燒法、有機(jī)合成法等，而非IPR富勒烯和非經(jīng)典富勒烯由于碳籠表面存在相鄰分布的五元環(huán)或七元環(huán)，具有較大的彎曲張力，從而具有較高的化學(xué)反應(yīng)活性，難以在實(shí)驗(yàn)中合成和分離，只能以內(nèi)嵌或籠外衍生物的形式得到。

[0008]例如公開號為CN102001647B的中國專利即公開了一種富勒烯制備方法，步驟包括：在合成爐進(jìn)行放電合成，生成含有富勒烯的煙炱，收集于收集器攪拌溶解，送入反應(yīng)釜中加熱攪拌后在離心機(jī)中進(jìn)行離心，同時(shí)送入減壓蒸餾反應(yīng)器蒸餾濃縮，蒸餾后的溶液回收;蒸干后剩余的固體加入溶劑溶解后過濾，將過濾所得濾液導(dǎo)入另一減壓蒸餾反應(yīng)器中蒸餾濃縮;將蒸餾濃縮所得的富勒烯的樣品經(jīng)色譜分離后得到純品。

[0009]但目前大多數(shù)富勒烯的制備方法中制備的富勒烯種類都較為單一，例如通過電弧放電法合成得到非IPR富勒烯的氯化衍生物C50Cl10。而在富勒烯的研究過程中，更多的富勒烯相關(guān)產(chǎn)物的形成有利于富勒烯形成機(jī)理的研究進(jìn)行，且得到不同種富勒烯種類需要通過不同的方法，影響了實(shí)驗(yàn)效率和富勒烯形成機(jī)理的研究進(jìn)展。

發(fā)明內(nèi)容

[0010]本發(fā)明針對上述技術(shù)問題，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種富勒烯及氫化富勒烯的制備方法。

[0011]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種富勒烯及氫化富勒烯的制備方法。

[0012]技術(shù)效果：為提升對富勒烯形成機(jī)理的研究進(jìn)程，本發(fā)明通過電弧放電發(fā)，以填充氫化物與石墨粉的石墨棒為陽極，以石墨盤為陰極，在氦氣緩沖氣氛下進(jìn)行電弧放電，得到含有豐富富勒烯、氫化富勒烯和其他富勒烯物質(zhì)的碳灰產(chǎn)物，得到的氫化富勒烯具有良好的穩(wěn)定性，儲氫密度高，是潛在的新型儲氫材料;而得到的金屬富勒烯物質(zhì)則可以用作富勒烯氫化物電池的電極，因此得到的產(chǎn)物在電池、催化劑、有機(jī)光電子材料及作為儲氫材料都有著極佳的應(yīng)用前景，因而利用本發(fā)明制備富勒烯能夠提升生成物質(zhì)的種類豐富性，極大程度上提升研究價(jià)值，并且促進(jìn)對富勒烯形成機(jī)理的研究。

[0013]本發(fā)明進(jìn)一步限定的技術(shù)方案是：一種富勒烯及氫化富勒烯的制備方法，包括如下步驟：

[0014]S1，取定量金屬氫化物和石墨粉，將二者按比例混合均勻后裝填至預(yù)先打孔的石墨棒中;將填充后的石墨棒旋裝至電弧放電裝置的陽極端，并使石墨棒抵接至陰極石墨盤后，封閉反應(yīng)腔體;

[0015]S2，使用機(jī)械泵將反應(yīng)腔體抽真空后，向反應(yīng)腔體內(nèi)填充氦氣，二次抽真空以置換反應(yīng)腔體內(nèi)的痕量殘留空氣，置換步驟重復(fù)若干次，關(guān)閉抽氣閥門和機(jī)械泵后，向電弧反應(yīng)裝置腔體內(nèi)充入氦氣;

[0016]S3，打開循環(huán)冷卻水，在陰極與陽極之間接上電壓表，開啟逆變弧焊機(jī)并調(diào)節(jié)電流，石墨棒發(fā)亮后，拉開石墨陽極至產(chǎn)生弧光，反應(yīng)過程中保持陰極與陽極的相對距離不變;

[0017]S4，石墨陽極反應(yīng)完后，冷卻至室溫，關(guān)閉冷卻循環(huán)水，向反應(yīng)腔體內(nèi)引入氣體至常壓狀態(tài)，待碳灰沉降后收集碳灰，即得到富勒烯和若干種氫化富勒烯產(chǎn)物。

[0018]進(jìn)一步的，步驟S1中，金屬氧化物包括氫化鋰、氫化鈉、氫化鉀、氫化銫、氫化鎂、氫化鈣、氫化鋇或氫化鋁中的至少一種。

[0019]前所述的一種富勒烯及氫化富勒烯的制備方法，步驟S1中，金屬氫化物與石墨粉的摩爾比為1:(10～120)。

[0020]前所述的一種富勒烯及氫化富勒烯的制備方法，步驟S1中石墨棒的規(guī)格為直徑8～12mm，長度100～150mm，陰極石墨盤的直徑為36～120mm。

[0021]前所述的一種富勒烯及氫化富勒烯的制備方法，步驟S2中，抽真空標(biāo)準(zhǔn)為將反應(yīng)裝置腔體內(nèi)的壓力抽至0.2mmHg，置換步驟重復(fù)次數(shù)為3～5次。

[0022]前所述的一種富勒烯及氫化富勒烯的制備方法，步驟S2中，置換步驟與反應(yīng)步驟中充入氦氣的壓力為1～40kPa，兩次充入氦氣的壓力相同或不同。

[0023]前所述的一種富勒烯及氫化富勒烯的制備方法，步驟S3中，逆變氬弧焊機(jī)的電流調(diào)節(jié)至10～200A，石墨棒發(fā)亮?xí)r，電壓為6～11V。

[0024]前所述的一種富勒烯及氫化富勒烯的制備方法，步驟S3中，陰極與陽極的相對距離保持不變并產(chǎn)生弧光時(shí)，電壓為20～45V。

[0025]前所述的一種富勒烯及氫化富勒烯的制備方法，步驟S4中向反應(yīng)腔體內(nèi)引入的氣體為氮?dú)?、空氣、氬氣或氦氣中的一種。

[0026]前所述的一種富勒烯及氫化富勒烯的制備方法，步驟S4中得到的氫化富勒烯產(chǎn)物為CnH2、CnH4、CnH6、CnH8、CnH10、CnH12中的若干種，其中n為大于等于20，且除22外的偶數(shù)。

[0027]本發(fā)明的有益效果是：

[0028](1)本發(fā)明中，以填充氫化物與石墨粉的石墨棒作為陽極，以石墨盤為陰極，在電弧放電條件下，石墨電極在電弧能量作用下氣化形成碳原子或C2、C3等小碳簇，碳原子和小碳簇在氦氣緩沖氣氛下聚合生長形成富勒烯，氫化物在電弧能量作用下形成氫自由基，活性富勒烯與氫自由基反應(yīng)，最終以氫化富勒烯的形式穩(wěn)定下來;

[0029](2)本發(fā)明中,加入金屬氫化物后，制備的富勒烯主要以富勒烯和氫化富勒烯的狀態(tài)存在，而產(chǎn)生的氫化富勒烯的種類多，能夠更好地符合實(shí)驗(yàn)中對于不同種類富勒烯及氫化富勒烯的研究需求;此外，多種氫化富勒烯產(chǎn)物的形成也更加有利于對富勒烯成形機(jī)理的研究和理解，對于實(shí)現(xiàn)富勒烯、氫化富勒烯材料的高產(chǎn)率合成具有指導(dǎo)意義;

[0030](3)本發(fā)明中，制備的氫化富勒烯應(yīng)用于電池電極正極或負(fù)極時(shí)，會對鎳氫和鋰離子電池產(chǎn)生潛在影響，氫化富勒烯應(yīng)用在電池電極中時(shí)，電池的充放性能極佳;另外富勒烯氫化物體系的優(yōu)點(diǎn)之一是充電時(shí)間短，極大程度上優(yōu)化了充電效率;

[0031](4)本發(fā)明中，本發(fā)明通過向石墨棒中添加氫化物，將氫元素引進(jìn)反應(yīng)環(huán)境中，可利用現(xiàn)有的富勒烯合成的反應(yīng)裝置，不必改變富勒烯合成的反應(yīng)裝置和條件，即可得到含有富勒烯及氫化富勒烯的目標(biāo)產(chǎn)物。經(jīng)過優(yōu)化，加入氫化物后碳灰提取物中的氫化富勒烯，相比于相同裝置、相同反應(yīng)條件、不加入氫化物的實(shí)驗(yàn)碳灰提取物中的氫化富勒烯與富勒烯衍生物含量有非常顯著的提升，具體反映在色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析的結(jié)果中。

附圖說明

[0032]圖1示出色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析的總離子流圖;

[0033]圖2為圖1中色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析總離子流圖內(nèi)各時(shí)間段對應(yīng)的質(zhì)譜圖;

[0034]圖3為質(zhì)荷比796的氫化富勒烯的質(zhì)譜圖和紫外-可見吸收光譜圖;

[0035]圖4為質(zhì)荷比772的氫化富勒烯的質(zhì)譜圖和紫外-可見吸收光譜圖。

[0036]在本發(fā)明中，“富勒烯”是指一類由12個(gè)五元環(huán)和若干六元環(huán)組成的全碳籠狀分子，例如C50，C60，C70等;

[0037]“IPR富勒烯”是指球面不含相鄰五元環(huán)的富勒烯;

[0038]“非IPR富勒烯”是指球面含有相鄰分布的2個(gè)或多個(gè)五元環(huán)富勒烯;

[0039]“非經(jīng)典富勒烯”是指球面含有七元環(huán)的富勒烯;

[0040]“氫化富勒烯”是指籠外連接氫原子的富勒烯。

具體實(shí)施方式

[0041]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其他方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進(jìn)，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。

[0042]除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。

[0043]本實(shí)施例提供的一種富勒烯及氫化富勒烯的制備方法，包括如下步驟：

[0044]步驟S1，取定量金屬氫化物和石墨粉，將二者按比例混合均勻后裝填至預(yù)先打孔的石墨棒中;將填充后的石墨棒旋裝至電弧放電裝置的陽極端，并使石墨棒抵接至陰極石墨盤后，封閉反應(yīng)腔體。

[0045]在本步驟中，金屬氫化物選自下述至少一種：氫化鋰、氫化鈉、氫化鉀、氫化銫、氫化鎂、氫化鈣、氫化鋇、氫化鋁，更優(yōu)選為氫化鈉、氫化鉀、氫化鎂、氫化鈣，進(jìn)一步優(yōu)選為氫化鈉、氫化鈣。

[0046]而氫化物與石墨粉的摩爾比為1:(10～120)，可選為1:10，1:13，1:15，1:20，1:24，1:30，1:40，1:44，1:46，1:48，1:50，1:52，1:54，1:56。

[0047]此外，石墨棒陽極的規(guī)格為直徑8～12mm，長度100～180mm，優(yōu)選規(guī)格可選為4*100mm，6*100mm，8*100mm，10*100mm，11*150mm。石墨盤陰極的直徑為36～120mm，可選為36mm，80mm，120mm。

[0048]步驟S2，使用機(jī)械泵將反應(yīng)腔體抽真空后，向反應(yīng)腔體內(nèi)填充氦氣，二次抽真空以置換反應(yīng)腔體內(nèi)的痕量殘留空氣，置換步驟重復(fù)若干次，關(guān)閉抽氣閥門和機(jī)械泵后，向電弧反應(yīng)裝置腔體內(nèi)充入氦氣。

[0049]在本步驟中，抽真空是將反應(yīng)裝置中的腔體的壓力抽至0.2mmHg，充入氦氣的壓力為1～40kPa。置換的次數(shù)為3～5次，每次置換充入1～40kPa氦氣。兩次充入氦氣的壓力可以相同，也可以不相同。

[0050]步驟S3，打開循環(huán)冷卻水，在陰極與陽極之間接上電壓表，開啟逆變弧焊機(jī)并調(diào)節(jié)電流，石墨棒發(fā)亮后，拉開石墨陽極至產(chǎn)生弧光，反應(yīng)過程中保持陰極與陽極的相對距離不變。

[0051]在本步驟中，打開逆變氬弧焊機(jī)電源后，其輸出電流優(yōu)選為10～200A。當(dāng)石墨棒發(fā)亮?xí)r，電壓表示數(shù)為6～11V。此外，拉開石墨陽極，并在反應(yīng)過程中保持陰陽兩極相對距離不變時(shí)，電壓表示數(shù)最好為20～45V。

[0052]步驟S4，石墨陽極反應(yīng)完后，冷卻至室溫，關(guān)閉冷卻循環(huán)水，向反應(yīng)腔體內(nèi)引入氣體至常壓狀態(tài)，待碳灰沉降后收集碳灰，即得到富勒烯和若干種氫化富勒烯產(chǎn)物。

[0053]在本步驟中，向反應(yīng)腔體內(nèi)引入的氣體選自下述至少一種：氮?dú)?、空氣、氬氣、氦氣。制得的富勒烯為全碳中空籠狀分子Cn(n≥20，除22外的偶數(shù))，優(yōu)選為C60，C70，C76，C84，C86，C88，C90，C92中的一種或幾種。

[0054]而制得的氫化富勒烯為CnH2、CnH4、CnH6、CnH8、CnH10、CnH12中的一種或幾種(n≥20，除22外的偶數(shù))，優(yōu)選為C50H10、C60H8、C64H4、C66H4、C66H8、C68H6、C68H8、C70H2、C70H4中的一種或幾種。

[0055]當(dāng)氫化富勒烯應(yīng)用于電池電極正極或負(fù)極時(shí)，有可能對鎳氫和鋰離子電池產(chǎn)生影響一些潛在的影響，氫化富勒烯電池的電化學(xué)容量取決于氫化程度x。對于完全氫化的C60H60，其理論容量為2234mAh/g，容積容量為3820mAh/cc。重量容量比金屬氫化物(例如氫化鈣350mAh/g)高6倍。

[0056]但由于富勒烯氫化物(1.52g/cc)密度較低，故而其體積容量與金屬氫化物相近。目前富勒烯氫化物電極電池正在開發(fā)中，例如鎳-富勒烯氫化物可充電電池和空氣-富勒烯氫化物電極電池。分別對不同襯底上的薄膜富勒烯電極進(jìn)行了評價(jià)。

[0057]發(fā)現(xiàn)充放電性能取決于襯底和富勒烯薄膜厚度。其中C60H48的相應(yīng)的放電容量為1600mAh/g，達(dá)到了接近完全氫化的能力。富勒烯氫化物體系電池的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是充電時(shí)間非常快，能夠在不到40分鐘內(nèi)充到滿容量。

[0058]當(dāng)氫化富勒烯作為儲氫材料時(shí)，由于其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，氫化富勒烯是唯一可能可逆地進(jìn)行化學(xué)氫化和脫氫的碳形式。在一定條件下，每個(gè)碳分子上的30個(gè)碳碳雙鍵可以被打開形成碳?xì)滏I。

[0059]理論計(jì)算表明C60與C60H36的生成熱分別約為890和330kcal/mol,C60H36的生成熱要低得多，表明C60H36的熱力學(xué)穩(wěn)定性是要比C60更強(qiáng)的，因此在適當(dāng)化學(xué)條件下，C60H36是能夠作為一種儲氫材料的。使用選定的催化劑，氫化富勒烯能夠在與某些金屬氫化形成金屬氫化物所需的相似條件下繼續(xù)氫化，也可以在相似條件下脫氫。

[0060]但與金屬氫化物不同，氫化富勒烯在相似條件下非常穩(wěn)定。另外，由于C60H36含氫量高達(dá)4.8wt%,如果1mol的C60H36完全分解，就可以產(chǎn)生18mol(標(biāo)準(zhǔn)狀況下約40L)氫氣,因此它是一種潛在的新型儲氫材料。

[0061]與金屬氫化物相比，氫化富勒烯的儲氫密度比金屬氫化物高6倍左右，而且由于富勒烯相對無毒，對環(huán)境更有利。因此，對氫化富勒烯的研究也可能大大加快大容量低壓儲氫罐的發(fā)展。

[0062]因而在本發(fā)明中，生成的產(chǎn)物除富勒烯之外，氫化富勒烯的種類和含量均較多，能夠方便實(shí)驗(yàn)選取各種氫化富勒烯進(jìn)行研究。

[0063]此外，由于富勒烯的形成原因尚未明確，目前科學(xué)界有三種猜想：

[0064]第一種觀點(diǎn)認(rèn)為，富勒烯從碳原子或C2、C3等小碳簇聚合生長而成，即“自下而上”的生長;

[0065]第二種觀點(diǎn)認(rèn)為，富勒烯由石墨或石墨片層經(jīng)過鍵的斷裂和若干碳原子的解離后直接翻卷而成，即“自上而下”生長;

[0066]第三種則認(rèn)為碳原子或小碳簇聚集形成巨富勒烯，再經(jīng)高溫縮合形成常見的富勒烯，即“先上后下”的生長。

[0067]而應(yīng)用本發(fā)明中的富勒烯制備方法，利用金屬氫化物制備富勒烯和氫化富勒烯，不僅有助于深入理解金屬氫化物合成氫化富勒烯的生成機(jī)理，也能夠提升對富勒烯形成原因的理解和確定，根據(jù)若干種產(chǎn)物幫助確定上述猜想的確立和證明。

[0068]此外，相較于金屬氫化物，氫化富勒烯對環(huán)境的影響較小，通過本方法制備的氫化富勒烯還具有良好的環(huán)保性能。

[0069]在發(fā)明中，還通過若干個(gè)實(shí)施例進(jìn)行富勒烯和氫化富勒烯的制備，以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的效果。

[0070]實(shí)施例1

[0071]選取材料：氫化鈣純度為98.5%，石墨粉純度為99%，10000目。

[0072]具體實(shí)驗(yàn)過程：按摩爾比CaH2:C=1:44，將氫化鈣與石墨粉混合均勻后填入8*100mm的石墨棒中。把填充氫化鈣與石墨粉的石墨棒固定在電弧放電裝置的陽極端，旋進(jìn)陽極端使石墨棒抵至陰極直徑為36mm的石墨盤，封閉反應(yīng)腔體，檢驗(yàn)反應(yīng)裝置的氣密性。

[0073]打開抽氣閥門，開啟機(jī)械泵，對反應(yīng)裝置抽真空，將反應(yīng)裝置中的腔體的壓力抽至0.2mmHg。向已經(jīng)抽空的反應(yīng)腔體內(nèi)充入10kPa氦氣，再抽真空。將反應(yīng)腔體內(nèi)痕量的殘留氣體用氦氣進(jìn)行置換，置換3次。置換完畢后關(guān)閉抽氣閥門，關(guān)閉機(jī)械泵。

[0074]向電弧放電裝置腔體內(nèi)充入37kPa氦氣。打開循環(huán)冷卻水。向陰陽兩極接上電壓表。打開逆變氬弧焊機(jī)電源，調(diào)節(jié)電流至100A。當(dāng)觀察到石墨棒發(fā)亮?xí)r，電壓表示數(shù)為7V，拉開石墨陽極，并在反應(yīng)過程中保持陰陽兩極相對距離不變，電壓表示數(shù)為34～35V。待石墨陽極反應(yīng)完后，冷卻至室溫，關(guān)閉冷卻循環(huán)水。

[0075]向反應(yīng)腔體內(nèi)引入氣體至常壓。待碳灰沉降后，收集碳灰。將產(chǎn)物經(jīng)甲苯提取后，進(jìn)行色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析，結(jié)果如圖1至圖4所示。

[0076]圖1示出色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析的總離子流圖。

[0077]圖2(a)示出圖1色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析總離子流圖在41.8-43min對應(yīng)的質(zhì)譜圖，其中m/z=609.5為C50H10;

[0078]圖2(b)示出圖1色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析總離子流圖在54.0-55.2min對應(yīng)的質(zhì)譜圖，其中m/z=719.5為C60，m/z=727.5為C60H8;

[0079]圖2(c)示出圖1色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析總離子流圖在62.1-62.8min對應(yīng)的質(zhì)譜圖，其中m/z=719.5為C60，m/z=795.5為C66H4，m/z=821.5為C68H6，m/z=823.5為C68H8;

[0080]圖2(d)示出圖1色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析總離子流圖在67.8-68.9min對應(yīng)的質(zhì)譜圖，其中m/z=719.5為C60，m/z=733.5為C60CH2，m/z=751.5為C60O2，m/z=771.5為C64H4，m/z=797.5為C66H8，m/z=823.5為C68H8。

[0081]圖3(a)示出m/z=796的氫化富勒烯C66H4的質(zhì)譜圖，內(nèi)插圖為C66H4的理論模擬質(zhì)譜圖;

[0082]圖3(b)示出m/z=796的氫化富勒烯C66H4的紫外-可見吸收光譜，其在331nm、400nm、468nm、590nm處有明顯吸收峰。

[0083]圖4(a)示出m/z=772的氫化富勒烯C64H4的質(zhì)譜圖，插圖為C64H4的理論模擬質(zhì)譜圖;

[0084]圖4(b)示出m/z=772的氫化富勒烯C64H4的紫外-可見吸收光譜。其在405nm、416nm、435nm、460nm、608nm處有明顯吸收峰。

[0085]實(shí)施例2

[0086]將實(shí)施例1中氫化鈣與石墨粉的摩爾比例改為1:48，其他條件、步驟同實(shí)施例1。將產(chǎn)物經(jīng)甲苯提取后進(jìn)行色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析，結(jié)果顯示產(chǎn)物中含有富勒烯及氫化富勒烯。

[0087]實(shí)施例3

[0088]將實(shí)施例1中氫化鈣與石墨粉的摩爾比例改為1:46，其他條件、步驟同實(shí)施例1。將產(chǎn)物經(jīng)甲苯提取后進(jìn)行色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析，結(jié)果顯示產(chǎn)物中含有富勒烯及氫化富勒烯。

[0089]實(shí)施例4

[0090]將實(shí)施例1中氫化鈣與石墨粉的摩爾比例改為1:40，其他條件、步驟同實(shí)施例1。將產(chǎn)物經(jīng)甲苯提取后進(jìn)行色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析，結(jié)果顯示產(chǎn)物中含有富勒烯及氫化富勒烯。

[0091]實(shí)施例5

[0092]將實(shí)施例1中碳棒規(guī)格改為11*150mm石墨棒，其他條件、步驟同實(shí)施例1。

[0093]實(shí)施例6

[0094]將實(shí)施例1中陰極盤規(guī)格改為80mm，其他條件、步驟同實(shí)施例1。

[0095]實(shí)施例7

[0096]將實(shí)施例1中清洗完腔體后充入的氦氣氣壓改為47kPa，其他條件、步驟同實(shí)施例1。

[0097]實(shí)施例8

[0098]將實(shí)施例1中氫化鈣改為氫化鈉，其他條件、步驟同實(shí)施例1。將產(chǎn)物經(jīng)甲苯提取后進(jìn)行色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析，結(jié)果顯示產(chǎn)物中含有富勒烯及氫化富勒烯。

[0099]對比例1

[0100]將實(shí)施例1中氫化鈣改為石墨粉，其他條件、步驟同實(shí)施例1。將產(chǎn)物經(jīng)甲苯提取后進(jìn)行色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析，產(chǎn)物中含有富勒烯，但沒有氫化富勒烯。

[0101]對比例2

[0102]將實(shí)施例1中填充氫化物和石墨粉的石墨陽極改成實(shí)心棒，其他條件、步驟同實(shí)施例1。將產(chǎn)物經(jīng)甲苯提取后進(jìn)行色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析，產(chǎn)物中含有富勒烯，但沒有氫化富勒烯。

[0103]從上述實(shí)施例和對比例以及相關(guān)附圖中可以看出，與對比例1和對比例2相比，加入氫化物后碳灰提取物中的氫化富勒烯，相比于相同裝置、相同反應(yīng)條件、不加入氫化物的實(shí)驗(yàn)碳灰提取物中的氫化富勒烯與富勒烯衍生物含量有非常顯著的提升。

[0104]其中，實(shí)施例1中的產(chǎn)物最為豐富，制得的產(chǎn)品更有助于對富勒烯成形機(jī)理的研究，在其他方案中，富勒烯或氫化富勒烯的種類、含量較少，達(dá)到本發(fā)明豐富產(chǎn)物多樣性的目的效果較弱。

[0105]除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。

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