中國科學(xué)院高能物理研究所趙宇亮,、陳振玲,、柴之芳等研究人員，2004年3月下旬利用一定能量的中子與Ｃ７０分子相互作用,，首次成功合成,、分離,、表征了單原子數(shù)目富勒烯分子Ｃ１４１。將核技術(shù)應(yīng)用于新材料領(lǐng)域而取得的這一成果,，為將來新一代中子源在材料科學(xué)研究中的應(yīng)用提供了新的思路,。
趙宇亮研究員在中科院知識創(chuàng)新工程支持下，在高能物理研究所成立了“納米材料生物環(huán)境衛(wèi)生科學(xué)實驗室”,，并組建了一支包含納米材料,、生物、物理,、化學(xué)領(lǐng)域研究人員在內(nèi)的多單位多學(xué)科協(xié)同研究團隊,，目前在從事碳納米材料研究的同時，開展納米材料的生物毒理和環(huán)境衛(wèi)生研究,。
據(jù)趙宇亮介紹,，富勒烯是一種由碳原子組成的納米結(jié)構(gòu)的球籠狀分子。兩個富勒烯碳籠連接起來，可以形成Ｃ２ｎ－Ｃ２ｍ（ｎ＝ｍ,，或ｎ≠ｍ）型富勒烯二聚體,，例如Ｃ６０－Ｃ６０ 、Ｃ６０－Ｃ７０ 和Ｃ７０－Ｃ７０,，它們在光合成,、分子電子器件和超分子化學(xué)領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景，富勒烯二聚體研究已成為富勒烯科學(xué)的一個重要分支,。而當(dāng)兩個富勒烯碳籠之間加入一個其它原子時，就可形成橋型富勒烯二聚體Ｃ２ｎ－Ｘ－Ｃ２ｍ（ｎ＝ｍ,，或ｎ≠ｍ）,，如Ｃ６０－Ｏ－Ｃ６０，當(dāng)Ｘ為碳原子時,，這種全碳富勒烯二聚體（Ｃ２ｎ－Ｃ－Ｃ２ｍ）作為碳的又一種同素異形體和進行富勒烯聚合反應(yīng)的起始物,，在新型的碳納米材料的研究中引起了極大的關(guān)注。
他說,，由于全碳富勒烯二聚體在兩個納米尺寸的碳籠之間引入了橋式結(jié)構(gòu),，這類分子具有電子轉(zhuǎn)移功能，在納米器件和納米電子開關(guān)方面有潛在的應(yīng)用前景,，因此被作為新型分子開關(guān)的候選者,。但由于很難通過常規(guī)的化學(xué)方法合成，之前報道合成成功的Ｃ２ｎ－Ｃ－Ｃ２ｍ型分子,，只有Ｃ１２１（Ｃ６０－Ｃ－Ｃ６０）是用高溫裂解化學(xué)合成的方法合成的,。這極大地限制了人們對其性質(zhì)和功能的探索。
在研究中子與納米分子相互作用的過程中,，趙宇亮和博士生陳振玲等發(fā)現(xiàn)了新型納米分子的形成,。隨后利用一定能量的中子與Ｃ７０分子相互作用，首次利用中子誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)的方法成功合成了單原子數(shù)目富勒烯分子Ｃ１４１,。高效液相色譜法對Ｃ１４１的分離和純化結(jié)果表明,，這種奇數(shù)碳納米分子在空氣中可以穩(wěn)定存在。在激光作用下,，解離生成的主要碎片為Ｃ７１和Ｃ７０,；也會失去一個碳原子形成Ｃ１４０、失去兩個碳原子形成Ｃ１３９,。但要完全闡明Ｃ１４１的形成機理,，還需進一步的實驗和理論研究。
趙宇亮說,，這一研究成果是將核技術(shù)應(yīng)用于新材料領(lǐng)域而取得的,，這一新的合成方法，為將來新一代中子源在材料科學(xué)研究中的應(yīng)用提供了新的思路，并為Ｃ２ｎ－Ｘ－Ｃ２ｍ類型分子的制備提供了新的途徑,。應(yīng)用這一方法,，研究小組最近已進一步合成了其他新的Ｃ２ｎ－Ｘ－Ｃ２ｍ型分子，如Ｃ６０－Ｃ－Ｃ７０以及Ｃ７０－Ｏ－Ｃ７０,。
趙宇亮研究員在中科院知識創(chuàng)新工程支持下，在高能物理研究所成立了“納米材料生物環(huán)境衛(wèi)生科學(xué)實驗室”,，并組建了一支包含納米材料,、生物、物理,、化學(xué)領(lǐng)域研究人員在內(nèi)的多單位多學(xué)科協(xié)同研究團隊,，目前在從事碳納米材料研究的同時，開展納米材料的生物毒理和環(huán)境衛(wèi)生研究,。
據(jù)趙宇亮介紹,，富勒烯是一種由碳原子組成的納米結(jié)構(gòu)的球籠狀分子。兩個富勒烯碳籠連接起來，可以形成Ｃ２ｎ－Ｃ２ｍ（ｎ＝ｍ,，或ｎ≠ｍ）型富勒烯二聚體,，例如Ｃ６０－Ｃ６０ 、Ｃ６０－Ｃ７０ 和Ｃ７０－Ｃ７０,，它們在光合成,、分子電子器件和超分子化學(xué)領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景，富勒烯二聚體研究已成為富勒烯科學(xué)的一個重要分支,。而當(dāng)兩個富勒烯碳籠之間加入一個其它原子時，就可形成橋型富勒烯二聚體Ｃ２ｎ－Ｘ－Ｃ２ｍ（ｎ＝ｍ,，或ｎ≠ｍ）,，如Ｃ６０－Ｏ－Ｃ６０，當(dāng)Ｘ為碳原子時,，這種全碳富勒烯二聚體（Ｃ２ｎ－Ｃ－Ｃ２ｍ）作為碳的又一種同素異形體和進行富勒烯聚合反應(yīng)的起始物,，在新型的碳納米材料的研究中引起了極大的關(guān)注。
他說,，由于全碳富勒烯二聚體在兩個納米尺寸的碳籠之間引入了橋式結(jié)構(gòu),，這類分子具有電子轉(zhuǎn)移功能，在納米器件和納米電子開關(guān)方面有潛在的應(yīng)用前景,，因此被作為新型分子開關(guān)的候選者,。但由于很難通過常規(guī)的化學(xué)方法合成，之前報道合成成功的Ｃ２ｎ－Ｃ－Ｃ２ｍ型分子,，只有Ｃ１２１（Ｃ６０－Ｃ－Ｃ６０）是用高溫裂解化學(xué)合成的方法合成的,。這極大地限制了人們對其性質(zhì)和功能的探索。
在研究中子與納米分子相互作用的過程中,，趙宇亮和博士生陳振玲等發(fā)現(xiàn)了新型納米分子的形成,。隨后利用一定能量的中子與Ｃ７０分子相互作用，首次利用中子誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)的方法成功合成了單原子數(shù)目富勒烯分子Ｃ１４１,。高效液相色譜法對Ｃ１４１的分離和純化結(jié)果表明,，這種奇數(shù)碳納米分子在空氣中可以穩(wěn)定存在。在激光作用下,，解離生成的主要碎片為Ｃ７１和Ｃ７０,；也會失去一個碳原子形成Ｃ１４０、失去兩個碳原子形成Ｃ１３９,。但要完全闡明Ｃ１４１的形成機理,，還需進一步的實驗和理論研究。
趙宇亮說,，這一研究成果是將核技術(shù)應(yīng)用于新材料領(lǐng)域而取得的,，這一新的合成方法，為將來新一代中子源在材料科學(xué)研究中的應(yīng)用提供了新的思路，并為Ｃ２ｎ－Ｘ－Ｃ２ｍ類型分子的制備提供了新的途徑,。應(yīng)用這一方法,，研究小組最近已進一步合成了其他新的Ｃ２ｎ－Ｘ－Ｃ２ｍ型分子，如Ｃ６０－Ｃ－Ｃ７０以及Ｃ７０－Ｏ－Ｃ７０,。
