專利名稱：含相鄰五元環富勒烯的合成方法
技術領域：
本發明涉及一種富勒烯，尤其是涉及一種采用宏量合成含相鄰五元環富勒烯氯化衍生物 的方法。
背景技術：
富勒烯是一類由五元環和六元環組成的空心碳籠。其中五元環為固定數目12個，而六元 環的數目不限。1987年，因發現富勒烯而獲得諾貝爾化學獎的Kroto教授提出了穩定富勒烯 的"獨立五元環規則"(H. W. Kroto， The stability of the fullerenes C ， w他m = 24， 28, 32, 36, 50, 60 and 70. M^re 1987, j"， 529-531)，他認為相鄰五元環會帶來較大的彎曲能，所以穩定的富勒烯碳籠應 該不含相鄰的五元環。這一規則因與實驗結果相符合而在富勒烯研究領域被當作公理使用。 符合"獨立五元環規則"的富勒烯被稱之為常規富勒烯，反之，不符合"獨立五元環規則" 的富勒烯則被稱之為非常規富勒烯。非常規富勒烯盡管結構上不穩定，但是在富勒烯研究中卻非常重要。因為一方面許多非 常規富勒烯是合成常規富勒烯的前體和中間產物，研究其結構和性質對于了解富勒烯的形成 機理非常重要；另一方面非常規富勒烯的同分異構體數目是常規富勒烯的近100倍，若能夠通 過某種方式對富勒烯進行修飾使其穩定下來，則無異于打開了一座新材料寶庫的大門；而且， 由于非常規富勒烯球體上的相鄰五元環，導致高彎曲率和增強的應力，其固體會具有不同尋 常分子間作用力和電子性質(C. Piskoti, J. Yarger & A. Zettl, C36, a newcarbon solid, 淑,.1998,393, 771-774)。在合成非常規富勒烯(mm-IPRFullerene)上，由于其結構上的不穩定，化學衍生是重要 手段。就目前已知的衍生化穩定反應和其對應得非-1PR產物，可以將非常規富勒烯的衍生化 反應分為兩大類(l)endo-絡合配位，得到內嵌金屬富勒烯；(2)exo-加成，得到富勒烯外球 面加成物。在這些己知的非-IPR產物中，C5oCl1()， SC2(^C66和SC3N⑨C68的結構已經過明確表征，La2@c72， sc2@c72， sc2c2@c66， c36h6， c50ci12， c50ci10, c54ci8, <:56<:110等也已經闡述過。當然，還有更大數量的非經典富勒烯還沒有宏量合成出來，甚至在質譜上都沒有檢測到。這 亟需一種可行的方法來捕獲合成這些結構上不穩定的富勒烯。理論預測C6o有1812個異構體，除lhC6o以，其它異構體均含有不同數量的相鄰五元環，因 此能量都比除IhC60要高，由于從拓樸學上推算，不可能只存在一對相鄰五元環，所以，含兩 對相鄰五元環的C2v C6o(針809)是除Ih Qo外最穩定的一種C6o的異構體(S. J. Austin, P. W. Fowler, D. E. Manolopoulos, F. Zerbetto, The Stone-Wales map for C6o. [J]， CZze附._P/z>w. Ze". 1995,風146-151)。從能量上考慮，IhC60是最穩定的異構體，其次是包含一對相鄰五元環的C2vC60，其它94%的異構體都必須通過不同數目的Stone-Wales轉換，先變成能量在C2v C6。之上的6個異構體，再 轉換為C2vC6。，最后再進行一次Stone-Wales轉變，最終變成IhC6。。并不是所有的1812種可能 異構體都能通過Stone-Wales轉變成為Ih C6G，其中只有1709種能夠轉變，不過有的必須要經 過多達30步的Stone-Wales轉變才能到達Ih C60。C2v C6oCls的合成為揭示富勒烯形成機理和實驗上證實Stone-Wales (pyracylene)轉換提供了很好的線索。晶體結構數據明確表明，這是一種C2v構型的、具有不同于IhC60碳骨架結構的Cso的氯化產物。在這種氯化富勒烯分子中，仍然保持了12個五元環和20個六元環不變，但排 列方式不同于Ih C6G,它的分子中有2對五元環連接在一起，明顯違背了經典富勒烯分子所遵 循的IPR規則。分子中還保留了起穩定作用的8個氯原子，氯原子結合在籠狀分子的一旁，改 變了整個分子的對稱性和極性，也改變了分子的反應活性。取代衍生化反應C2v C6oCls分子中的8個氯原子分布在碳籠的單側，反應的活性位點更加集中。按照與碳籠的結合位點分類，C2vC6oCU分子中的8個氯原子可分為2類， 一類是結合 在相鄰五元環的公共邊上的4個氯原子，它們的C-C1鍵鍵長分別為1.773、 1.757、 1.775、 1.768 A;還有一類正好是結合在上述4個氯原子所在六元環的對位上的另外4個氯原子，它們的C-C1 鍵鍵長比前者略大，各為1.799、 1.805、 1.811、 1.807 A。這兩類氯原子表現出不同的化學反應活性，通過2類氯原子的活性差異，在C2v C6。Cls的碳籠上發生選擇性取代反應，為它的進一步衍生化反應提供豐富多樣的選擇，生成具有獨特性質的各種衍生物。利用C2v C6oCl8的反應活性進行進一步的衍生化反應，在有機太陽能電池的研究上將扮演十分重要的作用。聚合特性關于IhC60分子在光輻射界條件下發生聚合反應開始于1993年。由于富勒烯聚合物表現出來的良好的機械性能和化學溶劑惰性，可能在超硬包覆物和磁有序材料方面有應用前景(N. Dragoe， S. Tanibayashi, K. Nakahara， S. Nakao, H. Shimotani, L. Xiao, K. Kitazawa,Y. Achiba， K. Kikuchi & K. Nojima， Carbon allotropes of dumbbell structure: C121 and C122. [J]， CT^m. C謡/m/".， 1999, 85-86.)，因此，富勒烯聚合反應的研究一直在繼續。由于C2v (:6()08分子的對稱性比IhC60分子低，預測它的聚合特性更強。如果能實現C2vC6oCls分子的宏量生產，并進一步了解它的聚合特性，就可以在技術上找到應用。
發明內容
、 本發明的目的在于提供一種含相鄰五元環富勒烯的合成方法。本發明的技術方案是采用石墨電弧放電裝置(見中國專利CN1810633或者商業化的石墨 電弧裝置)，通過引入氯源，氯源包括氯氣、四氯化碳等，其中氯氣為佳，改變氯氣量、氦氣 量、電流強度、反應時間、碳棒填充直徑等條件，實現高產率地穩定富勒烯合成過程中的非 IPR結構的富勒烯，以提高C2vC6oCl8的產率為顯著，還體現在C5oCl,q， C64C14， C6QC116， C6qC110，C66Cln)等非經典富勒烯上。 本發明的具體步驟如下1) 對石墨陽極進行挖孔填充石墨粉后，安裝石墨電弧放電裝置，對系統抽真空，直至真空度達到機械泵的極限；2) 向己經抽真空的石墨電弧放電裝置腔體內充入He氣，對腔體內痕量的殘留氣體進行 置換，再抽真空，直至真空度達到機械泵的極限，置換完畢后關閉腔體與機械泵之間的真空 閥；3) 向石墨電弧放電裝置腔體內充入氯源，再充入He氣；4) 開通冷卻水；5) 打開電焊機電源，調節電流至10 40A;6) 旋進石墨陽極接近石墨陰極，當觀察到弧光時，拉開石墨陽極或石墨陰極，調節電流 大于40A;7) 待石墨陽極反應完后冷卻，關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體，反應時間至少5min;8) 收集碳灰，即得目標產物。 石墨陽極進行挖孔填充的直徑最好為2 4mm;對腔體內痕量的殘留氣體進行置換的次數最好為3 5次，每次置換的He氣量最好為 50 80Torr。向石墨電弧放電裝置腔體內充入氯源最好為10 30Torr，再充入He最好為200 300Torr。 當觀察到弧光后，拉開石墨陽極或石墨陰極，調節電流最好為60A。 在步驟7)中，向腔體中放入氣體最好至1 atm，反應時間最好5 30min。本發明經過對一系列反應條件的調控，從富勒烯生成環境中宏量合成了經典C60的一種異構體的衍生物，其選擇性反應活性位點為進一步合成其它衍生物提供了良好的起始物，在有機太陽能電池的研究上將起到很關鍵的作用，其聚合特性、導電性將在宏量合成的基礎上進 行系統地研究。其它非經典富勒烯的發現、研究同樣有很重大的應用意義。經過優化，單C2vC6。Cl8的產率可以達到1.22。/。，占可提取部分的3.50%，雖然IhQ。不是 所要的主產物，但其產率也能達到3.34%,同時，<:7()的產率能達到0.646%。
圖l為C2vC6oCl8在常溫下的紫外吸收光譜。在圖1中，橫坐標為波長Wavelength/nm，縱坐 標為相對強度Relative Intensity,曲線中的代號224， 242， 258， 302， 364分別為C2v C6qC1s的 特征紫外吸收峰。圖2為色譜-質譜分析的總離子流圖。在圖2中，橫坐標為時間Time (min)，縱坐標為強 度Intens (xl07) 。 62.7 64.2min為C2v C60C18， 78.8 83.4min為Ih C6。， 103.2 107.3min為C70。 LC-MS分析是在反應后稱取一定量煙灰，甲苯超聲提取后所進行的LC-MS分析。圖3為色譜-質譜分析的色譜圖。62.7 64.2min為C2v C60C18， 78.8 83.4min為Ih C60， 103.2 107.3min為C70。 LC-MS分析是在反應后稱取一定量煙灰，甲苯超聲提取后所進行的 LC-MS分析。在圖3中，橫坐標為時間Time (min)，縱坐標為強度Intens (mAU)。圖4為C2v C6CC18實際同位素分布圖。在圖4中，橫坐標為核質比m/z，縱坐標為強度Intem (x105) ; 1000.73， 1001.69, 1002.63， 1003.56，1004.52,1005.50，1006.49，1008.48,1010.48分別 為同位素分布峰。圖5為C2vC6oCls模擬同位素分布圖。在圖5中，橫坐標為核質比m/z，縱坐標為強度Intens; 999.75， 1000.75， 1001.75， 1002.75, 1003.75， 1004.75，1005.74,1006.75,1008.74,1009.74， 1010.74分別為同位素分布峰。圖6為C2vC6oCl8的晶體結構。
具體實施方式
下面由實施例對本發明作進一步說明。 實施例l安裝好石墨電弧放電裝置，開啟機械泵，對系統抽真空，在抽真空同時觀察真空計的示數，直至真空度達到機械泵的極限。向已經抽真空的腔體內放入一定量的He氣，再抽真空， 用He氣對腔體內痕量的殘留氣體進行置換， 一般置換3次，置換的原則是少量多次， 一般每 次放入50Torr的He氣即可；置換完畢后關閉腔體與機械泵之間的真空闊，停止真空泵。向腔 體內充入20Torr氯氣。接著再充入280TorrHe。開通冷卻水并調節到一定的通水量，以出水溫 度保持在5(TC以下為準。打開電焊機電源，調節電流至40A。緩慢旋進陽極并通過玻璃觀察，使固定在陽極上的石墨棒漸漸接近石墨陰極，當陽極上的石墨與石墨陰極接觸的瞬間，將會 觀察到耀眼的弧光，拉開，立即調節電流至60A，電弧反應進行時，陽極石墨會不斷消耗， 所以陽極石墨應當連續或者間隙地慢慢旋進，反應4min。待石墨棒反應完以后，冷卻數小時， 關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體至latm。收集碳灰，即得目標產物。將產物經色譜-質譜(LC-MS)聯用分析，可得C2vC6oCl8在常溫下的紫外吸收光譜(參見 圖l),色譜-質譜(LC-MS)聯用分析的總離子流圖如圖2所示，色譜-質譜(LC-MS)聯用分析的色譜圖如圖3所示，C2vC6oCl8實際同位素分布圖如圖4所示，C2vC6cCls模擬同位素分布圖如圖5所示。經分離，培養單晶，進行單晶X射線衍射所測定的C2v C6cCls的晶體結構如圖6 所示，碳籠上都為碳原子，與碳籠相接的8個原子都是氯原子。 實施例2安裝好石墨電弧放電裝置，開啟機械泵，對系統抽真空，在抽真空同時觀察真空計的示 數，直至真空度達到機械泵的極限，向已經抽真空的腔體內放入一定量的He氣，再抽真空。 用He氣對腔體內痕量的殘留氣體進行置換， 一般置換4次。置換的原則是少量多次， 一般 每次放入60Torr的He氣即可，置換完畢后關閉腔體與機械泵之間的真空閥，停止真空泵。 向腔體內充入20Torr氯氣，接著再充入280TorrHe。開通冷卻水并調節到一定的通水量，以 出水溫度保持在50'C以下為準。打開電焊機電源，調節電流至40A。緩慢旋進陽極并通過 玻璃觀察，使固定在陽極上的石墨棒漸漸接近石墨陰極，當陽極上的石墨與石墨陰極接觸的 瞬間，將會觀察到耀眼的弧光，拉開，立即調節電流至60A。電弧反應進行時，陽極石墨會 不斷消耗，所以陽極石墨應當連續或者間隙地慢慢旋進，反應10min。待石墨棒反應完以后， 冷卻數小時，關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體至latm。收集碳灰，密封在閉光容器中， 即得目標產物。實施例3安裝好石墨電弧放電裝置，開啟機械泵，對系統抽真空，在抽真空同時觀察真空計的示 數，直至真空度達到機械泵的極限。向已經抽真空的腔體內放入一定量的He氣，再抽真空。 用He氣對腔體內痕量的殘留氣體進行置換， 一般置換5次，置換的原則是少量多次， 一般 每次放入80Torr的He氣即可，置換完畢后關閉腔體與機械泵之間的真空閥，停止真空泵。 向腔體內充入20Torr氯氣。接著再充入280TorrHe。開通冷卻水并調節到一定的通水量，以 出水溫度保持在5(TC以下為準。打開電焊機電源，調節電流至40A。緩慢旋進陽極并通過 玻璃觀察，使固定在陽極上的石墨棒漸漸接近石墨陰極，當陽極上的石墨與石墨陰極接觸的 瞬間，將會觀察到耀眼的弧光，拉開，立即調節電流至50A，電弧反應進行時，陽極石墨會不斷消耗，所以陽極石墨應當連續或者間隙地慢慢旋進，反應60min。待石墨棒反應完以后， 冷卻數小時，關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體至latm。收集碳灰，密封在閉光容器中， 即得目標產物。 實施例4安裝好石墨電弧放電裝置，開啟機械泵，對系統抽真空，在抽真空同時觀察真空計的示 數，直至真空度達到機械泵的極限，向已經抽真空的腔體內放入一定量的He氣，再抽真空。 用He氣對腔體內痕量的殘留氣體進行置換， 一般置換4次，置換的原則是少量多次， 一般 每次放入70Torr的He氣即可，置換完畢后關閉腔體與機械泵之間的真空閥，停止真空泵。 向腔體內充入20Torr氯氣。接著再充入280TorrHe。開通冷卻水并調節到一定的通水量，以 出水溫度保持在5(TC以下為準。打開電焊機電源，調節電流至30A。緩慢旋進陽極并通過 玻璃觀察，使固定在陽極上的石墨棒漸漸接近石墨陰極，當陽極上的石墨與石墨陰極接觸的 瞬間，將會觀察到耀眼的弧光，拉開，立即調節電流至60A。電弧反應進行時，陽極石墨會 不斷消耗，所以陽極石墨應當連續或者間隙地慢慢旋進，反應150min。待石墨棒反應完以后， 冷卻數小時，關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體至latm。收集碳灰，密封在閉光容器中， 即得目標產物。實施例5安裝好石墨電弧放電裝置，開啟機械泵，對系統抽真空，在抽真空同時觀察真空計的示 數，直至真空度達到機械泵的極限。向已經抽真空的腔體內放入一定量的He氣，再抽真空， 用He氣對腔體內痕量的殘留氣體進行置換， 一般置換3次，置換的原則是少量多次， 一般 每次放入60Torr的He氣即可，置換完畢后關閉腔體與機械泵之間的真空閥，停止真空泵。 向腔體內充入20Torr氯氣，接著再充入280TorrHe。開通冷卻水并調節到一定的通水量，以 出水溫度保持在5(TC以下為準，打開電焊機電源，調節電流至20A。緩慢旋進陽極并通過 玻璃觀察，使固定在陽極上的石墨棒漸漸接近石墨陰極，當陽極上的石墨與石墨陰極接觸的 瞬間，將會觀察到耀眼的弧光，拉開，立即調節電流至40A。電弧反應進行時，陽極石墨會 不斷消耗，所以陽極石墨應當連續或者間隙地慢慢旋進，反應240min。待石墨棒反應完以后， 冷卻數小時，關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體至latm。收集碳灰，密封在閉光容器中， 即得目標產物。實施例6安裝好石墨電弧放電裝置，開啟機械泵，對系統抽真空，在抽真空同時觀察真空計的示 數，直至真空度達到機械泵的極限。向己經抽真空的腔體內放入定量的He氣，再抽真空，用He氣對腔體內痕量的殘留氣體進行置換， 一般置換5次，置換的原則是少量多次， 一般 每次放入60Torr的He氣即可，置換完畢后關閉腔體與機械泵之間的真空閥，停止真空泵。 向腔體內充入OTorr氯氣。接著再充入280TorrHe。開通冷卻水并調節到一定的通水量，以出 水溫度保持在50'C以下為準。打開電焊機電源，調節電流至10A。緩慢旋進陽極并通過玻 璃觀察，使固定在陽極上的石墨棒漸漸接近石墨陰極，當陽極上的石墨與石墨陰極接觸的瞬 間，將會觀察到耀眼的弧光，拉開，立即調節電流至50A。電弧反應進行時，陽極石墨會不 斷消耗，所以陽極石墨應當連續或者間隙地慢慢旋進，反應10min。待石墨棒反應完以后， 冷卻數小時，關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體至latm。收集碳灰，密封在閉光容器中， 即得目標產物。 實施例7安裝好石墨電弧放電裝置，開啟機械泵，對系統抽真空，在抽真空同時觀察真空計的示 數，直至真空度達到機械泵的極限。向已經抽真空的腔體內放入一定量的He氣，再抽真空， 用He氣對腔體內痕量的殘留氣體進行置換， 一般置換4次，置換的原則是少量多次， 一般 每次放入80Torr的He氣即可，置換完畢后關閉腔體與機械泵之間的真空閥，停止真空泵。 向腔體內充入40Torr氯氣，接著再充入280TorrHe。開通冷卻水并調節到一定的通水量，以 出水溫度保持在50 °C以下為準。打開電焊機電源，調節電流至40A。緩慢旋進陽極并通過 玻璃觀察，使固定在陽極上的石墨棒漸漸接近石墨陰極，當陽極上的石墨與石墨陰極接觸的 瞬間，將會觀察到耀眼的弧光，拉開，立即調節電流至70A。電弧反應進行時，陽極石墨會 不斷消耗，所以陽極石墨應當連續或者間隙地慢慢旋進，反應10min。待石墨棒反應完以后， 冷卻數小時，關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體至latm。收集碳灰，密封在閉光容器中， 即得目標產物。實施例8安裝好石墨電弧放電裝置，開啟機械泵，對系統抽真空，在抽真空同時觀察真空計的示 數，直至真空度達到機械泵的極限。向已經抽真空的腔體內放入一定量的He氣，再抽真空， 用He氣對腔體內痕量的殘留氣體進行置換， 一般置換4次，置換的原則是少量多次， 一般 每次放入50Torr的He氣即可，置換完畢后關閉腔體與機械泵之間的真空閥，停止真空泵。 向腔體內充入120Torr氯氣，接著再充入280TorrHe。開通冷卻水并調節到一定的通水量，以 出水溫度保持在5(TC以下為準。打開電焊機電源，調節電流至40A。緩慢旋進陽極并通過 玻璃觀察，使固定在陽極上的石墨棒漸漸接近石墨陰極，當陽極上的石墨與石墨陰極接觸的 瞬間，將會觀察到耀眼的弧光，拉開，立即調節電流至60A。電弧反應進行時，陽極石墨會不斷消耗，所以陽極石墨應當連續或者間隙地慢慢旋進，反應10min。待石墨棒反應完以后， 冷卻數小時，關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體至latm。收集碳灰，密封在閉光容器中， 即得目標產物。 實施例9安裝好石墨電弧放電裝置，開啟機械泵，對系統抽真空，在抽真空同時觀察真空計的示 數，直至真空度達到機械泵的極限。向已經抽真空的腔體內放入一定量的He氣，再抽真空， 用He氣對腔體內痕量的殘留氣體進行置換， 一般置換3次，置換的原則是少量多次， 一般 每次放入70Torr的He氣即可，置換完畢后關閉腔體與機械泵之間的真空閥，停止真空泵。 向腔體內充入400Torr氯氣，接著再充入280TorrHe。開通冷卻水并調節到一定的通水量，以 出水溫度保持在5(TC以下為準。打開電焊機電源，調節電流至20A。緩慢旋進陽極并通過 玻璃觀察，使固定在陽極上的石墨棒漸漸接近石墨陰極，當陽極上的石墨與石墨陰極接觸的 瞬間，將會觀察到耀眼的弧光，拉開，立即調節電流至60A。電弧反應進行時，陽極石墨會 不斷消耗，所以陽極石墨應當連續或者間隙地慢慢旋進，反應10min。待石墨棒反應完以后， 冷卻數小時，關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體至latm。收集碳灰，密封在閉光容器中， 即得目標產物。實施例10安裝好石墨電弧放電裝置，開啟機械泵，對系統抽真空，在抽真空同時觀察真空計的示 數，直至真空度達到機械泵的極限。向已經抽真空的腔體內放入一定量的He氣，再抽真空， 用He氣對腔體內痕量的殘留氣體進行置換， 一般置換4次，置換的原則是少量多次， 一般 每次放入60Torr的He氣即可，置換完畢后關閉腔體與機械泵之間的真空閥，停止真空泵。 向腔體內充入20Torr氯氣，接著再充入280TorrHe。開通冷卻水并調節到一定的通水量，以 出水溫度保持在5(TC以下為準。打開電焊機電源，調節電流至30A。緩慢旋進陽極并通過 玻璃觀察，使固定在陽極上的石墨棒漸漸接近石墨陰極，當陽極上的石墨與石墨陰極接觸的 瞬間，將會觀察到耀眼的弧光，拉開，立即調節電流至30A。電弧反應進行時，陽極石墨會 不斷消耗，所以陽極石墨應當連續或者間隙地慢慢旋進，反應10min。待石墨棒反應完以后， 冷卻數小時，關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體至latm。收集碳灰，密封在閉光容器中， 即得目標產物。實施例11安裝好石墨電弧放電裝置，開啟機械泵，對系統抽真空，在抽真空同時觀察真空訃的示 數，直至真空度達到機械泵的極限。向已經抽真空的腔體內放入一定量的He氣，再抽真空，用He氣對腔體內痕量的殘留氣體進行置換， 一般置換3次，置換的原則是少量多次， 一般 每次放入60Torr的He氣即可，置換完畢后關閉腔體與機械泵之間的真空閥，停止真空泵。 向腔體內充入20Torr氯氣，接著再充入280TorrHe。開通冷卻水并調節到一定的通水量，以 出水溫度保持在5(TC以下為準。打開電焊機電源，調節電流至30A。緩慢旋進陽極并通過 玻璃觀察，使固定在陽極上的石墨棒漸漸接近石墨陰極，當陽極上的石墨與石墨陰極接觸的 瞬間，將會觀察到耀眼的弧光，拉開，立即調節電流至80A。電弧反應進行時，陽極石墨會 不斷消耗，所以陽極石墨應當連續或者間隙地慢慢旋進，反應10min。待石墨棒反應完以后， 冷卻數小時，關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體至1 atm。收集碳灰，密封在閉光容器中， 即得目標產物。 實施例12安裝好裝置，開啟機械泵，對系統抽真空，在抽真空同時觀察真空計的示數，直至真空 度達到機械泵的極限。向巳經抽真空的腔體內放入一定量的He氣，再抽真空，用He氣對腔 體內痕量的殘留氣體進行置換， 一般置換4次，置換的原則是少量多次， 一般每次放入70Torr 的He氣即可，置換完畢后關閉腔體與機械泵之間的真空閥，停止真空泵。向腔體內充入20Torr 氯氣。接著再充入280TorrHe。開通冷卻水并調節到一定的通水量，以出水溫度保持在5(TC 以下為準。打開電焊機電源，調節電流至40A。緩慢旋進陽極并通過玻璃觀察，使固定在陽 極上的石墨棒漸漸接近石墨陰極，當陽極上的石墨與石墨陰極接觸的瞬間，將會觀察到耀眼 的弧光，拉開，立即調節電流至100A。電弧反應進行時，陽極石墨會不斷消耗，所以陽極石 墨應當連續或者間隙地慢慢旋進，反應lOrnin。待石墨棒反應完以后，冷卻數小時，關閉冷 卻水，然后向腔體中放入氣體至latm。收集碳灰，密封在閉光容器中，即得目標產物。實施例13安裝好石墨電弧放電裝置，開啟機械泵，對系統抽真空，在抽真空同時觀察真空計的示 數，直至真空度達到機械泵的極限。向已經抽真空的腔體內放入一定量的He氣，再抽真空， 用He氣對腔體內痕量的殘留氣體進行置換， 一般置換5次，置換的原則是少量多次， 一般 每次放入50Torr的He氣即可，置換完畢后關閉腔體與機械泵之間的真空闊，停止真空泵。 向腔體內充入20Torr氯氣，接著再充入50TorrHe。開通冷卻水并調節到一定的通水量，以出 水溫度保持在5(TC以下為準。打開電焊機電源，調節電流至20A。緩慢旋進陽極并通過玻 璃觀察，使固定在陽極上的石墨棒漸漸接近石墨陰極，當陽極上的石墨與石墨陰極接觸的瞬 間，將會觀察到耀眼的弧光，拉開，立即調節電流至80A。電弧反應進行時，陽極石墨會不 斷消耗，所以陽極石墨應當連續或者間隙地慢慢旋進，反應10min。待石墨棒反應完以后，冷卻數小時，關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體至latm。收集碳灰，密封在閉光容器中， 即得目標產物。 實施例14安裝好石墨電弧放電裝置，開啟機械泵，對系統抽真空，在抽真空同時觀察真空計的示 數，直至真空度達到機械泵的極限。向已經抽真空的腔體內放入一定量的He氣，再抽真空， 用He氣對腔體內痕量的殘留氣體進行置換， 一般置換3次，置換的原則是少量多次， 一般 每次放入80Torr的He氣即可，置換完畢后關閉腔體與機械泵之間的真空闊，停止真空泵。 向腔體內充入20Torr氯氣。接著再充入100TorrHe。開通冷卻水并調節到一定的通水量，以 出水溫度保持在50'C以下為準。打開電焊機電源，調節電流至40A。緩慢旋進陽極并通過 玻璃觀察，使固定在陽極上的石墨棒漸漸接近石墨陰極，當陽極上的石墨與石墨陰極接觸的 瞬間，將會觀察到耀眼的弧光，拉開，立即調節電流至80A。電弧反應進行時，陽極石墨會 不斷消耗，所以陽極石墨應當連續或者間隙地慢慢旋進，反應10min。待石墨棒反應完以后， 冷卻數小時，關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體至latm。收集碳灰，密封在閉光容器中， 即得R標產物。實施例15安裝好石墨電弧放電裝置，開啟機械泵，對系統抽真空，在抽真空同時觀察真空計的示 數，直至真空度達到機械泵的極限。向已經抽真空的腔體內放入一定量的He氣，再抽真空， 用He氣對腔體內痕量的殘留氣體進行置換， 一般置換3次，置換的原則是少量多次， 一般 每次放入50Torr的He氣即可，置換完畢后關閉腔體與機械泵之間的真空閥，停止真空泵。 向腔體內充入20Torr氯氣，接著再充入300TorrHe。開通冷卻水并調節到一定的通水量，以 出水溫度保持在5(TC以下為準。打開電焊機電源，調節電流至10A。緩慢旋進陽極并通過 玻璃觀察，使固定在陽極上的石墨棒漸漸接近石墨陰極，當陽極上的石墨與石墨陰極接觸的 瞬間，將會觀察到耀眼的弧光，拉開，立即調節電流至80A。電弧反應進行時，陽極石墨會 不斷消耗，所以陽極石墨應當連續或者間隙地慢慢旋進，反應10min。待石墨棒反應完以后， 冷卻數小時，關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體至latm。收集碳灰，密封在閉光容器中， 即得目標產物。實施例16安裝好石墨電弧放電裝置，開啟機械泵，對系統抽真空，在抽真空同時觀察真空計的示 數，直至真空度達到機械泵的極限。向已經抽真空的腔體內放入一定量的He氣，再抽真空， 用He氣對腔體內痕量的殘留氣體進行置換， 一般置換5次，置換的原則是少量多次， 一般每次放入60Torr的He氣即可，置換完畢后關閉腔體與機械泵之間的真空閥，停止真空泵。 向腔體內充入20Torr氯氣，接著再充入500TorrHe。開通冷卻水并調節到一定的通水量，以 出水溫度保持在50'C以下為準。打開電焊機電源，調節電流至40A。緩慢旋進陽極并通過 玻璃觀察，使固定在陽極上的石墨棒漸漸接近石墨陰極，當陽極上的石墨與石墨陰極接觸的 瞬間，將會觀察到耀眼的弧光，拉開，立即調節電流至80A。電弧反應進行時，陽極石墨會 不斷消耗，所以陽極石墨應當連續或者間隙地慢慢旋進，反應10min。待石墨棒反應完以后， 冷卻數小時，關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體至latm。收集碳灰，密封在閉光容器中， 即得目標產物。 實施例17行置換， 一般置換3次。置換的原則是少量多次， 一般每次放入60Torr的He氣即可。 置換完畢后關閉腔體與機械泵之間的真空閥，停止真空泵，向腔體內充入20Torr氯氣。接著 再充入280TorrHe。開通冷卻水并調節到一定的通水量，以出水溫度保持在50°C以下為準。 打開電焊機電源，調節電流至30A。緩慢旋進陽極并通過玻璃觀察，使固定在陽極上的石墨 棒漸漸接近石墨陰極，當陽極上的石墨與石墨陰極接觸的瞬間，將會觀察到耀眼的弧光，拉 開，立即調節電流至80A。電弧反應進行時，陽極石墨會不斷消耗，所以陽極石墨應當連續 或者間隙地慢慢旋進，反應10min。待石墨棒反應完以后，冷卻數小時，關閉冷卻水，然后 向腔體中放入氣體至1 atm。收集碳灰，密封在閉光容器中，即得目標產物。實施例18石墨電極陽極挖孔，孔徑為2mm，不填充石墨粉，裝入裝置。開啟機械泵，對系統抽真 空，在抽真空同時觀察真空計的示數，直至真空度達到機械泵的極限。向己經抽真空的腔體 內放入一定量的He氣，再抽真空，用He氣對腔體內痕量的殘留氣體進行置換， 一般置換3 次，置換的原則是少量多次， 一般每次放入70Torr的He氣即可。置換完畢后關閉腔體與機 械泵之間的真空閥，停止真空泵。向腔體內充入20Torr氯氣。接著再充入280TorrHe。開通 冷卻水并調節到一定的通水量，以出水溫度保持在50 °C以下為準。打開電焊機電源，調節 電流至35A。緩慢旋進陽極并通過玻璃觀察，使固定在陽極上的石墨棒漸漸接近石墨陰極， 當陽極上的石墨與石墨陰極接觸的瞬間，將會觀察到耀眼的弧光，拉開，立即調節電流至80A。 電弧反應進行時，陽極石墨會不斷消耗，所以陽極石墨應當連續或者間隙地慢慢旋進，反應 10min。待石墨棒反應完以后，冷卻數小時，關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體至1 atm。 收集碳灰，密封在閉光容器中，即得目標產物。實施例18石墨電極陽極挖孔，孔徑為4mm，不填充石墨粉，裝入裝置。開啟機械泵，對系統抽真 空，在抽真空同時觀察真空計的示數，直至真空度達到機械泵的極限。向已經抽真空的腔體 內放入一定量的He氣，再抽真空，用He氣對腔體內痕量的殘留氣體進行置換， 一般置換4 次，置換的原則是少量多次， 一般每次放入65Torr的He氣即可，置換完畢后關閉腔體與機 械泵之間的真空閥，停止真空泵。向腔體內充入20Torr氯氣。接著再充入280TorrHe。開通 冷卻水并調節到一定的通水量，以出水溫度保持在50 °C以下為準。打開電焊機電源，調節 電流至25A。緩慢旋進陽極并通過玻璃觀察，使固定在陽極上的石墨棒漸漸接近石墨陰極， 當陽極上的石墨與石墨陰極接觸的瞬間，將會觀察到耀眼的弧光，拉開，立即調節電流至80A。 電弧反應進行時，陽極石墨會不斷消耗，所以陽極石墨應當連續或者間隙地慢慢旋進，反應 10min。待石墨棒反應完以后，冷卻數小時，關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體至1 atm。 收集碳灰，密封在閉光容器中，即得目標產物。實施例19石墨電極陽極挖孔，孔徑為7mm，不填充石墨粉，裝入裝置。開啟機械泵，對系統抽真 空，在抽真空同時觀察真空計的示數，直至真空度達到機械泵的極限。向已經抽真空的腔體 內放入一定量的He氣，再抽真空。用He氣對腔體內痕量的殘留氣體進行置換， 一般置換3 次，置換的原則是少量多次， 一般每次放入80Torr的He氣即可，置換完畢后關閉腔體與機 械泵之間的真空閥，停止真空泵。向腔體內充入20Torr氯氣，接著再充入280TorrHe。開通 冷卻水并調節到一定的通水量，以出水溫度保持在50 °C以下為準。打開電焊機電源，調節 電流至40A。緩慢旋進陽極并通過玻璃觀察，使固定在陽極上的石墨棒漸漸接近石墨陰極， 當陽極上的石墨與石墨陰極接觸的瞬間，將會觀察到耀眼的弧光，拉開，立即調節電流至80A。 電弧反應進行時，陽極石墨會不斷消耗，所以陽極石墨應當連續或者間隙地慢慢旋進，反應 10min。待石墨棒反應完以后，冷卻數小時，關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體至1 atm。 收集碳灰，密封在閉光容器中，即得目標產物。實施例20石墨電極陽極挖孔，孔徑為2mm，填充石墨粉，裝入裝置。開啟機械泵，對系統抽真空， 在抽真空同時觀察真空計的示數，直至真空度達到機械泵的極限。向已經抽真空的腔體內放 入一定量的He氣，再抽真空，用He氣對腔體內痕量的殘留氣體進行置換， 一般置換5次， 置換的原則是少量多次， 一般每次放入55Torr的He氣即可，置換完畢后關閉腔體與機械泵 之間的真空閥，停止真空泵。向腔體內充入20Torr氯氣，接著再充入280TorrHe。丌通冷卻 水并調節到一定的通水量，以出水溫度保持在50 °C以下為準。打開電焊機電源，調節電流至15A。緩慢旋進陽極并通過玻璃觀察，使固定在陽極上的石墨棒漸漸接近石墨陰極，當陽 極上的石墨與石墨陰極接觸的瞬間，將會觀察到耀眼的弧光，拉開，立即調節電流至80A。 電弧反應進行時，陽極石墨會不斷消耗，所以陽極石墨應當連續或者間隙地慢慢旋進，反應 10min。待石墨棒反應完以后，冷卻數小時，關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體至1 atm。 收集碳灰，密封在閉光容器中，即得目標產物。 實施例21石墨電極陽極挖孔，孔徑為4mm，填充石墨粉，裝入裝置。開啟機械泵，對系統抽真空， 在抽真空同時觀察真空計的示數，直至真空度達到機械泵的極限。向已經抽真空的腔體內放 入一定量的He氣，再抽真空，用He氣對腔體內痕量的殘留氣體進行置換， 一般置換4次， 置換的原則是少量多次， 一般每次放入65Torr的He氣即可，置換完畢后關閉腔體與機械泵 之間的真空閥，停止真空泵。向腔體內充入20Torr氯氣，接著再充入280TorrHe。開通冷卻 水并調節到一定的通水量，以出水溫度保持在50 °C以下為準。打開電焊機電源，調節電流 至25A。緩慢旋進陽極并通過玻璃觀察，使固定在陽極上的石墨棒漸漸接近石墨陰極，當陽 極上的石墨與石墨陰極接觸的瞬間，將會觀察到耀眼的弧光，拉丌，立即調節電流至80A。 電弧反應進行時，陽極石墨會不斷消耗，所以陽極石墨應當連續或者間隙地慢慢旋進，反應 10min。待石墨棒反應完以后，冷卻數小時，關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體至1 atm。 收集碳灰，密封在閉光容器中，即得目標產物。實施例22石墨電極陽極挖孔，孔徑為7mm，填充石墨粉，裝入裝置。開啟機械泵，對系統抽真空， 在抽真空同時觀察真空計的示數，直至真空度達到機械泵的極限。向已經抽真空的腔體內放 入一定量的He氣，再抽真空，用He氣對腔體內痕量的殘留氣體進行置換， 一般置換3次， 置換的原則是少量多次， 一般每次放入75Torr的He氣即可，置換完畢后關閉腔體與機械泵 之間的真空閥，停止真空泵，向腔體內充入20Torr氯氣，接著再充入280TorrHe。開通冷卻 水并調節到一定的通水量，以出水溫度保持在50 °C以下為準。打開電焊機電源，調節電流 至35A。緩慢旋進陽極并通過玻璃觀察，使固定在陽極上的石墨棒漸漸接近石墨陰極，當陽 極上的石墨與石墨陰極接觸的瞬間，將會觀察到耀眼的弧光，拉開，立即調節電流至80A。 電弧反應進行時，陽極石墨會不斷消耗，所以陽極石墨應當連續或者間隙地慢慢旋進，反應 10min。待石墨棒反應完以后，冷卻數小時，關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體至1 atm。 收集碳灰，密封在閉光容器中，即得目標產物。進行LC-MS表征(參見圖2 5)。
權利要求
1.含相鄰五元環富勒烯的合成方法，其特征在于具體步驟如下1)對石墨陽極進行挖孔填充石墨粉后，安裝石墨電弧放電裝置，對系統抽真空，直至真空度達到機械泵的極限；2)向已抽真空的石墨電弧放電裝置腔體內充入He氣，對腔體內痕量的殘留氣體進行置換，再抽真空，直至真空度達到機械泵的極限，置換完畢后關閉腔體與機械泵之間的真空閥；3)向石墨電弧放電裝置腔體內充入氯源，再充入He氣；4)開通冷卻水；5)打開電焊機電源，調節電流至10～40A；6)旋進石墨陽極接近石墨陰極，當觀察到弧光時，拉開石墨陽極或石墨陰極，調節電流大于40A；7)待石墨陽極反應完后冷卻，關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體，反應時間至少5min；8)收集碳灰，即得目標產物。
2. 如權利要求l所述的含相鄰五元環富勒烯的合成方法，其特征在于石墨陽極進行挖孔 填充的直^&為2 4mm。
3. 如權利要求1所述的含相鄰五元環富勒烯的合成方法，其特征在于對腔體內痕量的殘 留氣體進行置換的次數為3 5次。
4. 如權利要求3所述的含相鄰五元環富勒烯的合成方法，其特征在于每次置換的He氣 量為50 80Torr。
5. 如權利要求1所述的含相鄰五元環富勒烯的合成方法，其特征在于向石墨電弧放電裝 置腔體內充入氯源為10 30Torr。
6. 如權利要求1所述的含相鄰五元環富勒烯的合成方法，其特征在于再充入He為200 300Torr。
7. 如權利要求1所述的含相鄰五元環富勒烯的合成方法，其特征在于當觀察到弧光后， 拉開石墨陽極或石墨陰極，調節電流為60A。
8. 如權利要求l所述的含相鄰五元環富勒烯的合成方法，其特征在于在步驟7)中，向腔 體中放入氣體至l atm。
9. 如權利要求l所述的含相鄰五元環富勒烯的合成方法，其特征在于在步驟7)中，反應 時間5 30min。
全文摘要
含相鄰五元環富勒烯的合成方法，涉及一種富勒烯。提供一種含相鄰五元環富勒烯的合成方法。對石墨陽極進行挖孔填充石墨粉后，抽真空，向已抽真空的腔體內充入He氣，對腔體內痕量的殘留氣體進行置換，再抽真空，直至真空度達到機械泵的極限，置換完畢后關閉腔體與機械泵之間的真空閥；向石墨電弧放電裝置腔體內充入氯源，再充入He氣；開通冷卻水；打開電焊機電源，調節電流至10～40A；旋進石墨陽極接近石墨陰極，當觀察到弧光時，拉開石墨陽極或石墨陰極，調節電流大于40A；待石墨陽極反應完后冷卻，關閉冷卻水，然后向腔體中放入氣體，反應時間至少5min；收集碳灰，即得目標產物。
文檔編號B82B3/00GK101234761SQ20081007068
公開日2008年8月6日 申請日期2008年2月29日 優先權日2008年2月29日
發明者廖照江, 峰 朱, 謝素原, 譚元植, 鄭蘭蓀, 錢卓真, 曉 韓, 黃榮彬 申請人:廈門大學