溶剂化C_(60)晶体的制备及其高压物性研究

【摘要】从二十世纪八十年代C60被发现开始，碳材料成为了材料科学、化学、凝聚态物理学的一颗超级巨星。包括富勒烯（C60，C70等）、碳纳米管、石墨烯在内的一些新型的碳的同素异形体在过去几十年内相继被人们发现和研究。在碳家族中，富勒烯具有奇特的闭合笼状结构并且被看作零维材料，因此具有很多新奇的性质。富勒烯家族包括C20,C36,C60,C70以及其它组分,它们有着广泛的性质，因此在诸如能量存储以及太阳能电池等很多领域都有着重大的潜在应用价值。C60作为富勒烯家族中最重要的成员，对于其高压下物理化学性质的研究已经非常深入。富勒烯还具有一个非常重要的性质，就是能够通过溶剂结晶形成具有不同结构和性质的溶剂化富勒烯，不过很多研究都是集中于该类物质的生长及其特性。关于溶剂化富勒烯材料高压方面的结构研究直到2012年才第一次有人开展，并且发现了它们的高压行为与纯富勒烯和碱金属掺杂富勒烯都有很大的区别，已经成为了高压研究的一个热点话题。但是关于这方面的研究还非常少，对于溶剂化富勒烯很多优异特性还没有被发现，需要我们更多的研究和探索。本文主要合成了两种溶剂化C60，并对这类材料的高压物性进行了系统的研究，包括高压下的聚合等。C60在高压下能够发生聚合，压力高于30GPa时笼状结构破碎，在更高压力下转变为非晶。溶剂化富勒烯晶体在高压作用下则表现出了一些奇特性质,让我们对富勒烯和凝聚态物理都有了一个新的认识。本文利用简便的溶剂挥发法制备了两种正交结构的溶剂化C60晶体，分别是C60·TCAN（1,1,2-trichloroethane简写为TCAN）与C60·mesitylene。利用拉曼光谱、红外吸收光谱、X射线衍射等手段对其在高压下的物性进行了细致、全面的分析和研究。得出以下结论：1、溶剂分子进入到C60晶格内部使得原始C60的面心立方结构转变成了正交结构，溶剂分子与C60分子之间存在较弱的范德瓦尔斯相互作用。两种晶体内C60分子与溶剂分子的摩尔比均为1:1。2、C60·TCAN晶体内两个相邻的C60分子在压力的作用下发生聚合，生成了C60的二聚物，而C60·mesitylene晶体在高压下则没有发生聚合。C60·TCAN以及C60·mesitylene晶体内的C60笼分别在32GPa和36GPa时开始破碎，变成了含有五元环和六元环的碎片。在更高压力的作用下则完全转变成了非晶碳团簇。3、溶剂化富勒烯C60·TCAN在38.7GPa的压力作用下，并没有发生任何结构相变，而是仍然保持着原来的正交结构周期性。说明此时的C60·TCAN是一种由非晶碳团簇为基本组成单元的长程有序碳材料。在压力增加的过程中，由于C60分子笼状结构的破碎，部分sp2键转变成了sp3键。
【作者】冯美娜；
【导师】王霖；
【作者基本信息】吉林大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】溶剂化；C60；晶体结构；高压；物理性质；

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