优化电弧放电条件提高内嵌钬氧团簇富勒烯的合成产率

李 驰, 廉永福

(黑龙江大学 化学化工与材料学院 功能无机材料化学教育部重点实验室，哈尔滨 150080)

0 引 言

富勒烯的发现为纳米科学以及宇宙化学的研究开辟了新的领域[1-2]。在富勒烯的内部空腔嵌入金属原子或者金属团簇就形成了内嵌金属富勒烯。由于从内嵌金属原子或者金属团簇到碳笼的电荷转移，内嵌金属富勒烯具有许多奇异的性质[3]，令其在生物、光伏、医疗和晶体科学等领域呈现了广阔的应用前景[4-5]。目前，利用电弧放电法所合成的内嵌金属富勒烯主要是基于元素周期表中ⅡA和ⅢB族的金属元素[6]。其中内嵌钬氧团簇富勒烯 Ho2O@C2n因其分子结构的多样性以及在分子磁体等方面的潜在应用而受到科研工作者的高度重视，近年来已经成为内嵌金属团簇富勒烯领域的研究热点之一[7]。然而，目前获得宏观量的内嵌钬氧团簇富勒烯 Ho2O@C2n仍然不是一件容易的事情。究其根本原因是,它们在电弧放电烟炱中的含量低，给后续的溶剂提取和高效液相色谱分离等工作带来了很大的困难。因此，如何有效调控电弧放电的实验条件，提高所合成烟炱中钬氧团簇富勒烯的产率是迫切需要解决的问题。

Stevenson等将空气引入到电弧炉放电室，在He气氛下首次制备了内嵌钪氧团簇富勒烯Sc4(μ3-O)2@Ih-C80与Sc2(μ2-O)@Cs(6)-C82[8-9]。后来，冯莱等以CO2替换空气为氧源，成功制备了一系列内嵌钪氧团簇富勒烯 Sc2O@C2n(n= 410～47)[10]。与空气相比，以CO2为氧源所制备的内嵌钪氧团簇富勒烯的产率更高，品种也更丰富。特别是本课题组以CO2为氧源成功制备并分离得到了一系列基于大碳笼富勒烯的钬氧团簇富勒烯 Ho2O@C90(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)和Ho2O@C92(Ⅰ,Ⅱ)[11]。……