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該書結合作者20年來在經典富勒烯、內嵌富勒烯、富勒烯衍生物和非經典富勒烯領域的研究成果，依次闡釋了各個分支領域的研究重點和進展。第1章詳細介紹了內嵌金屬富勒烯的合成、提取和分離方法；第2章詳細闡述了富勒烯的構造方法和性質後，簡要介紹了富勒烯的應用。第3章在概述內嵌富勒烯的結構和性質基礎上，闡述了內嵌富勒烯的系統研究方法和結構演化關係；第4章介紹了富勒烯衍生物的結構、性質和應用；第5章闡述了非經典富勒烯的結構和性質以及未來發展方向。附錄介紹了整個富勒烯科學的研究力量分佈，指出了各個分 支領域的發展方向和未來前景。
該書適合從事納米材料研究及應用的科研人員和高校師生參考。
該書適合從事納米材料研究及應用的科研人員和高校師生參考。
作者簡介
甘利華 研究員 博士生導師2002年9月師從王春儒教授在中國科學院化學研究所攻讀博士學位,2005年7月畢業後到西南大學參加工作。先後在重慶大學、英國謝菲爾德大學、德國德累斯頓固體材料研究所進行博士後、訪問學者和高級訪問學者研究工作。主要研究方向是富勒烯和金屬富勒烯的結構、性質和形成機理。在國內外重要學術刊物發表論文70餘篇,主持和參與國家自然科學基金項目4項。
王春儒 研究員 博士生導師多年來一直從事富勒烯和金屬富勒烯的合成及富勒烯類功能材料的可控構築和應用研究,取得了多項創新性的研究成果。申請國內外發明專利150多項,獲得授權60 余項。在Nature,Science,Angew.Chem.Int. Ed.,JACS等國際著名雜誌上發表論文200餘篇。2006年入選“新世紀百千萬人才工程”國家級人選,2016年入選第二批國家“萬人計劃”領軍人才。作為項目負責人承擔科技部973項目、863項目和國家自然科學基金委傑出青年基金項目、重點和麵上項目15項。
王春儒 研究員 博士生導師多年來一直從事富勒烯和金屬富勒烯的合成及富勒烯類功能材料的可控構築和應用研究,取得了多項創新性的研究成果。申請國內外發明專利150多項,獲得授權60 余項。在Nature,Science,Angew.Chem.Int. Ed.,JACS等國際著名雜誌上發表論文200餘篇。2006年入選“新世紀百千萬人才工程”國家級人選,2016年入選第二批國家“萬人計劃”領軍人才。作為項目負責人承擔科技部973項目、863項目和國家自然科學基金委傑出青年基金項目、重點和麵上項目15項。
目次
第1章富勒烯、內嵌富勒烯和富勒烯衍生物的合成與分離001
1.1引言/001
1.2合成方法/002
1.2.1激光氣化法/002
1.2.2離子注入法/002
1.2.3電弧放電法/003
1.3提取方法及優化/006
1.3.1提取方法/006
1.3.2提取方法優化/007
1.4高效液相色譜分離/008
1.4.1方法及優化/008
1.4.2分離中的注意事項/012
1.4.3質譜測試時的注意事項/012
1.5非色譜分離法/013
1.5.1使用Lewis酸分離富勒烯和金屬富勒烯/013
1.5.2基於化學性質差異的分離/015
1.5.3電解輔助分離/016
1.5.4使用氧化還原活性溶劑和試劑的分離/017
參考文獻/018
第2章富勒烯的結構、性質和應用021
2.1富勒烯的結構表示/021
2.1.1頂點、邊、面的數量及其依賴關係/021
2.1.2三維圖/022
2.1.3二維圖/023
2.1.4三維圖和二維圖的轉化/023
2.2富勒烯的結構構造/025
2.2.1富勒烯多面體/025
2.2.2富勒烯對偶/026
2.2.3螺旋猜想/027
2.2.4螺旋算法/030
2.2.5富勒烯的異構體數/032
2.2.6螺旋算法程序結構/033
2.2.7非螺旋的富勒烯/034
2.2.8螺旋算法應用現狀及展望/034
2.3高對稱富勒烯的構造/035
2.3.1確定富勒烯的半徑/036
2.3.2構建Ih-C12和Ih-C20/037
2.3.3構造Ih對稱的富勒烯/037
2.3.4D5h-Cn和D5d-Cn富勒烯的構造/038
2.4富勒烯的穩定性/040
2.4.1IPR和PAPR/041
2.4.2芳香性/042
2.4.3HOMO和LUMO能級/042
2.4.4錐化角/043
2.4.5正球性/044
2.4.6其他原則/045
2.5富勒烯的形成機理/046
2.5.1自下而上/046
2.5.2自上而下/047
2.5.3平衡觀點/047
2.6富勒烯的對稱性和光譜/048
2.6.1富勒烯點群/048
2.6.2NMR、IR和Raman光譜/052
2.7富勒烯的應用/053
2.7.1反應容器/053
2.7.2儲氫材料/053
2.7.3超導材料/054
2.7.4納米滾珠和潤滑劑/055
2.7.5化妝品/055
2.7.6催化材料/056
2.8富勒烯研究展望/057
參考文獻/057
第3章金屬富勒烯的結構、性質和應用061
3.1單金屬富勒烯/062
3.2雙金屬富勒烯/063
3.2.1Sc2@C66/063
3.2.2La2@C80/064
3.2.3M2@Cn/066
3.3三金屬富勒烯/067
3.3.1Sc3C82/067
3.3.2Y3C80/068
3.3.3Sm3@C80和Er3@C74/069
3.4三金屬氮化物富勒烯/070
3.4.1Sc3N@C80/071
3.4.2Sc3N@C68和Sc3N@C70/071
3.4.3LaSc2N@C80-hept/072
3.4.4M3N@C84和La3N@C96/073
3.4.5三金屬氮化物富勒烯的尺寸效應/073
3.5金屬碳化物富勒烯/079
3.6金屬氧化物富勒烯/080
3.7金屬硫化物富勒烯/082
3.7.1雙金屬硫化物富勒烯的實驗研究/082
3.7.2雙金屬硫化物富勒烯的結構搜索方法/082
3.7.3雙金屬硫化物富勒烯的理論表徵方法/083
3.8金屬富勒烯結構演化關係/089
3.8.1金屬硫化物富勒烯結構演化關係/089
3.8.2三金屬氮化物富勒烯的結構演化關係/098
3.8.3金屬氰化物富勒烯的結構演化關係/106
3.8.4金屬富勒烯結構演化關係/116
3.9金屬富勒烯的性質/117
3.9.1金屬富勒烯的電化學和前線分子軌道/117
3.9.2金屬富勒烯的電子自旋共振/121
3.10金屬富勒烯的應用/126
3.10.1生物方面/126
3.10.2能量轉換方面/131
3.10.3其他方面/133
3.11金屬富勒烯研究展望/134
參考文獻/134
第4章富勒烯衍生物的結構、性質和應用146
4.1富勒烯氫化物/146
4.1.1C60H36/146
4.1.2C60H60和C20H20/147
4.1.3C64H4/147
4.1.4多面體烷烴的結構和穩定性/148
4.1.5富勒烯氫化物小結/151
4.2富勒烯氟化物/152
4.2.1C58F18/152
4.2.2C84F40、C84F44、C60F36和C60F48/153
4.2.3C60F60/154
4.3富勒烯氯化物/154
4.3.1C50Cl10/154
4.3.2其他富勒烯氯化物/155
4.4富勒烯衍生物的理論研究/156
4.5富勒烯衍生物加成模式和穩定化機制/157
4.6富勒烯衍生物的化學合成/158
4.6.1［1+2］環加成反應/159
4.6.2［2+2］環加成反應/160
4.6.3［2+3］環加成反應/160
4.6.4［2+4］環加成反應/161
4.7富勒烯衍生物的應用/161
4.7.1太陽能電池/161
4.7.2自由基清除劑/163
4.7.3腫瘤成像/163
4.7.4腫瘤治療/164
4.7.5光敏劑/166
4.7.6光催化劑/170
4.7.7其他應用/173
4.8富勒烯衍生物研究展望/173
參考文獻/173
第5章非經典富勒烯的結構和性質181
5.1小尺寸非經典富勒烯/181
5.2中等尺寸非經典富勒烯/190
5.2.1C44～C56/190
5.2.2C58～C62/194
5.3大尺寸非經典富勒烯/204
5.4普適性的穩定性判據/206
5.5硼氮多面體(BN)n/210
5.5.1引言/210
5.5.2硼氮多面體的數學基礎以及計算過程/211
5.5.3結果與討論/212
5.5.4結論/218
5.6非經典富勒烯研究展望/219
參考文獻/220
附錄Ⅰ國內主要研究機構及主要貢獻/225
附錄Ⅱ國外主要研究機構及主要貢獻/228
1.1引言/001
1.2合成方法/002
1.2.1激光氣化法/002
1.2.2離子注入法/002
1.2.3電弧放電法/003
1.3提取方法及優化/006
1.3.1提取方法/006
1.3.2提取方法優化/007
1.4高效液相色譜分離/008
1.4.1方法及優化/008
1.4.2分離中的注意事項/012
1.4.3質譜測試時的注意事項/012
1.5非色譜分離法/013
1.5.1使用Lewis酸分離富勒烯和金屬富勒烯/013
1.5.2基於化學性質差異的分離/015
1.5.3電解輔助分離/016
1.5.4使用氧化還原活性溶劑和試劑的分離/017
參考文獻/018
第2章富勒烯的結構、性質和應用021
2.1富勒烯的結構表示/021
2.1.1頂點、邊、面的數量及其依賴關係/021
2.1.2三維圖/022
2.1.3二維圖/023
2.1.4三維圖和二維圖的轉化/023
2.2富勒烯的結構構造/025
2.2.1富勒烯多面體/025
2.2.2富勒烯對偶/026
2.2.3螺旋猜想/027
2.2.4螺旋算法/030
2.2.5富勒烯的異構體數/032
2.2.6螺旋算法程序結構/033
2.2.7非螺旋的富勒烯/034
2.2.8螺旋算法應用現狀及展望/034
2.3高對稱富勒烯的構造/035
2.3.1確定富勒烯的半徑/036
2.3.2構建Ih-C12和Ih-C20/037
2.3.3構造Ih對稱的富勒烯/037
2.3.4D5h-Cn和D5d-Cn富勒烯的構造/038
2.4富勒烯的穩定性/040
2.4.1IPR和PAPR/041
2.4.2芳香性/042
2.4.3HOMO和LUMO能級/042
2.4.4錐化角/043
2.4.5正球性/044
2.4.6其他原則/045
2.5富勒烯的形成機理/046
2.5.1自下而上/046
2.5.2自上而下/047
2.5.3平衡觀點/047
2.6富勒烯的對稱性和光譜/048
2.6.1富勒烯點群/048
2.6.2NMR、IR和Raman光譜/052
2.7富勒烯的應用/053
2.7.1反應容器/053
2.7.2儲氫材料/053
2.7.3超導材料/054
2.7.4納米滾珠和潤滑劑/055
2.7.5化妝品/055
2.7.6催化材料/056
2.8富勒烯研究展望/057
參考文獻/057
第3章金屬富勒烯的結構、性質和應用061
3.1單金屬富勒烯/062
3.2雙金屬富勒烯/063
3.2.1Sc2@C66/063
3.2.2La2@C80/064
3.2.3M2@Cn/066
3.3三金屬富勒烯/067
3.3.1Sc3C82/067
3.3.2Y3C80/068
3.3.3Sm3@C80和Er3@C74/069
3.4三金屬氮化物富勒烯/070
3.4.1Sc3N@C80/071
3.4.2Sc3N@C68和Sc3N@C70/071
3.4.3LaSc2N@C80-hept/072
3.4.4M3N@C84和La3N@C96/073
3.4.5三金屬氮化物富勒烯的尺寸效應/073
3.5金屬碳化物富勒烯/079
3.6金屬氧化物富勒烯/080
3.7金屬硫化物富勒烯/082
3.7.1雙金屬硫化物富勒烯的實驗研究/082
3.7.2雙金屬硫化物富勒烯的結構搜索方法/082
3.7.3雙金屬硫化物富勒烯的理論表徵方法/083
3.8金屬富勒烯結構演化關係/089
3.8.1金屬硫化物富勒烯結構演化關係/089
3.8.2三金屬氮化物富勒烯的結構演化關係/098
3.8.3金屬氰化物富勒烯的結構演化關係/106
3.8.4金屬富勒烯結構演化關係/116
3.9金屬富勒烯的性質/117
3.9.1金屬富勒烯的電化學和前線分子軌道/117
3.9.2金屬富勒烯的電子自旋共振/121
3.10金屬富勒烯的應用/126
3.10.1生物方面/126
3.10.2能量轉換方面/131
3.10.3其他方面/133
3.11金屬富勒烯研究展望/134
參考文獻/134
第4章富勒烯衍生物的結構、性質和應用146
4.1富勒烯氫化物/146
4.1.1C60H36/146
4.1.2C60H60和C20H20/147
4.1.3C64H4/147
4.1.4多面體烷烴的結構和穩定性/148
4.1.5富勒烯氫化物小結/151
4.2富勒烯氟化物/152
4.2.1C58F18/152
4.2.2C84F40、C84F44、C60F36和C60F48/153
4.2.3C60F60/154
4.3富勒烯氯化物/154
4.3.1C50Cl10/154
4.3.2其他富勒烯氯化物/155
4.4富勒烯衍生物的理論研究/156
4.5富勒烯衍生物加成模式和穩定化機制/157
4.6富勒烯衍生物的化學合成/158
4.6.1［1+2］環加成反應/159
4.6.2［2+2］環加成反應/160
4.6.3［2+3］環加成反應/160
4.6.4［2+4］環加成反應/161
4.7富勒烯衍生物的應用/161
4.7.1太陽能電池/161
4.7.2自由基清除劑/163
4.7.3腫瘤成像/163
4.7.4腫瘤治療/164
4.7.5光敏劑/166
4.7.6光催化劑/170
4.7.7其他應用/173
4.8富勒烯衍生物研究展望/173
參考文獻/173
第5章非經典富勒烯的結構和性質181
5.1小尺寸非經典富勒烯/181
5.2中等尺寸非經典富勒烯/190
5.2.1C44～C56/190
5.2.2C58～C62/194
5.3大尺寸非經典富勒烯/204
5.4普適性的穩定性判據/206
5.5硼氮多面體(BN)n/210
5.5.1引言/210
5.5.2硼氮多面體的數學基礎以及計算過程/211
5.5.3結果與討論/212
5.5.4結論/218
5.6非經典富勒烯研究展望/219
參考文獻/220
附錄Ⅰ國內主要研究機構及主要貢獻/225
附錄Ⅱ國外主要研究機構及主要貢獻/228
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