Словарь нанотехнологий
Фуллерен, эндоэдральный

Фуллерен, эндоэдральный

Термин

фуллерен, эндоэдральный

Термин на английском

fullerene, endohedral

Синонимы

эндофуллерен, эндометаллофуллерен

Аббревиатуры

ЭМФ, ЭФ, ТМН ЭФ

Связанные термины

высокоэффективная жидкостная хроматография, кластер, углеродные наноматериалы, хроматография

Определение

молекула фуллерена, внутрь углеродного каркаса которой заключены один или несколько атомов или простейших молекул

Описание

Эндоэдральные фуллерены можно разделить на три группы:

1. эндоэдральные фуллерены, содержащие атомы неметаллов или простейшие молекулы (например, азот, фосфор, гелий, ксенон, СО и др.);
2. эндоэдральные фуллерены, содержащие атомы металлов - эндоэдральные металлофуллерены (ЭМФ);

3. эндоэдральные фуллерены, содержащие кластер M₃N (где M = Sc, Y или лантаноиды), - триметаллонитридные эндоэдральные фуллерены (ТМН ЭФ).

Эндоэдральные фуллерены синтезируют двумя способами:

• Первый способ состоит в создании таких условий, когда уже в процессе синтеза фуллеренов некоторая доля молекул C_n оказывается заполненной атомами или молекулами, присутствующими в зоне синтеза.

• Второй способ основан на внедрении атомов или молекул внутрь углеродного каркаса уже готовых молекул фуллерена.

К первому способу относятся электродуговое и лазерное испарение графита, допированного атомами металлов (подгруппы кальция и подгруппы скандия) в атмосфере гелия. Электродуговой метод, разработанный изначально для получения «пустых» фуллеренов, в настоящее время является основным методом синтеза ЭМФ в макроскопических количествах (выход достигает нескольких процентов). Наиболее эффективен этот метод для получения ЭМФ тех металлов, которые образуют карбиды или ацетилиниды, т.е. металлов подгруппы кальция и подгруппы скандия, в том числе - актиноидов. ТМН ЭФ также получают электродуговым испарением графита,  допированного атомами металлов (подгруппы скандия) в атмосфере гелия, содержащей небольшое количество азота или аммиака (около 1 об.%). Образование ЭМФ и ТМН ЭФ характерно для молекул высших фуллеренов (C₇₆, C₇₈, C₈₀, C₈₄ и др.).

Ко второму способу относятся газовый синтез и ионная имплантация. В первом случае образец фуллерена длительное время выдерживается в атмосфере газа при высокой температуре (600-1000 ^оС) и давлении (несколько тысяч атмосфер), в результате чего часть молекул фуллерена заполняется молекулами газа. Во втором случае фуллерен подвергается бомбардировке ионами того элемента, который должен быть внедрен в углеродный каркас молекулы фуллерена. Эти методы характеризуются очень низкими выходами ЭФ, не превышающими 0,1%, но позволяют синтезировать ЭФ, содержащие атомы щелочных металлов, атомарный азот или фосфор, атомы благородных газов и др. с заданным углеродным каркасом.

Эндоэдральные фуллерены выделяют из сажи экстракцией органическими растворителями (толуол, о-ксилол, сероуглерод, о-дихлорбензол, N,N-диметилформамид и др.). Полученные экстракты затем разделяют на отдельные фракции методом многостадийной высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Для обозначения эндоэдральных фуллеренов используется формула М_m@С_n где М - инкапсулированный атом или молекула, а нижние индексы m и n указывают на число таких атомов (или молекул) и атомов углерода в молекуле фуллерена соответственно. Рекомендуемое IUPAC название, например, для La@C₈₂ - "[82] fullerene-incar-lanthanum" записывается в виде i LaC₈₂, но редко встречается в литературе.

Авторы

• Гусев Александр Иванович, д.ф.-м.н.
• Кареев Иван Евгеньевич, к.х.н.

Ссылки

1. Кольтовер В.К. "Эндоэдральные фуллерены: от химической физики к нанотехнологии и медицине" // Вестник РФФИ - № 59(3), 2008 - С. 54-71
2. Heath J.R., O`Brien S.C., Zhang Q., Lui Y., Curl R.F., Kroto H.W., Smalley R.E. Lanthanum Complexes of Spheroidal Carbon Shells // J. Am. Chem. Soc. - №107, 1985 - P. 7779-7782
3. Shinohara H. Endohedral metallofullerenes // Reports on Progress in Physics - № 63, 2000 - P. 843-892
4. Елецкий А.В. Эндоэдральные структуры // УФН - № 170, 2000 - С. 113 - 142

Иллюстрации

	Особенности строения эндоэдральных металлофуллеренов
	Триметаллонитридные эндофуллерены Источник: Stevenson S. et al. Small-bandgap endohedral metallofullerenes in high yield and purity // Nature - № 401, 1999 - P. 55-57

Разделы

Низкоразмерные углеродные структуры (нанотрубки, графен, фуллерены)

Нанокапсулирование

Углеродные наноматериалы: наноалмазы, углеродные нанотрубки, фуллерены, графен

Искусственные (синтетические) низкоразмерные объекты