[发明专利]一种提高电弧放电法制备C60/C70富勒烯的产率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高电弧放电法制备C₆₀/C₇₀富勒烯的产率的方法。

背景技术

富勒烯是于1985年发现的继金刚石、石墨之后碳的第三种同素异形体。C₆₀分子具有芳香性，溶于苯呈酱红色。独特的分子结构和物理化学性质使得C₆₀在半导体、催化剂、电池材料、润滑剂以及生物医药等诸多领域均可得到应用，在生命科学、医学、天体物理等领域也具有潜在应用前景意义。富勒烯具有十分丰富的化学内涵，除可作为催化剂载体、制成高能电池及抑制病毒外，还可以利用富勒烯能选择性地吸收某些种类气体的性质，将其在工业上用作气体杂质的去除剂，此外还可作为医学用影像剂，在非线性光学器件、超导材料等方面也有广阔的应用前景。

传统制备富勒烯的方法有：激光蒸发石墨法、电弧放电法、燃烧法、全合成等方法。燃烧法主要用于工业上制备富勒烯，需要大型装置；全合成法的实验步骤多，工艺复杂，成本高。电弧法和激光蒸发石墨法的实验装置比较简单，是目前实验室制备和研究富勒烯最为成熟、高效和广泛运用的方法。电弧法中是在两根互不接触的石墨棒之间产生高温电弧，高温电弧又使石墨棒受热蒸发进而形成富勒烯，此法制备富勒烯的产率目前最高为10％左右。近年来，随着新应用领域的不断开发，富勒烯的市场需求大幅度攀升，尽快提高富勒烯的产率因此成为亟待解决的关键技术问题。过去几年中，研究人员在研究提高富勒烯产率时都是通过改变电流强度、惰性气体的压力、冷却循环系统、两电极间距离等条件，很难实现富勒烯产率的大幅度提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种电极及其应用。

本发明所提供的电极，其组成包含石墨和稠环芳烃。

所述稠环芳烃具体可选自下述至少一种：蒽、芴、菲、芘和苝。

本发明所提供的电极可作为电弧放电法制备C₆₀/C₇₀富勒烯中的阳极应用。

本发明再一个目的是提供一种制备C₆₀/C₇₀富勒烯的方法。

本发明所提供的制备富勒烯的方法，包括下述步骤：以本发明提供的电极为阳极，以石墨电极、钼电极或钨电极为阴极，在He气氛下进行电弧放电，阳极在高温电弧作用下消耗生成含有富勒烯的灰炱。

在上述方法中，C₆₀/C₇₀富勒烯产率随着阳极中石墨和稠环芳烃的配比不同而变化。

当所述阳极中石墨和稠环芳烃的配比满足下述条件时，与相同条件下的传统电弧放电法(即单纯以石墨棒为消耗电极(阳极)经大电流放电制备C₆₀、C₇₀富勒烯)相比，C₆₀、C₇₀产率均有较大幅度提高。

即：当所述稠环芳烃为蒽，阳极中蒽和石墨的质量比为(3-11)∶140，优选为7∶140(蒽添加量5％)；

当所述稠环芳烃为芴，所述阳极中芴和石墨的质量比为(1-11)∶140，优选为5∶140(芴添加量3.6％)；

当所述稠环芳烃为菲，所述阳极中菲和石墨的质量比为(3-11)∶140，优选为7∶140(菲添加量5％)；

当所述稠环芳烃为芘，所述阳极中芘和石墨的质量比为(1-11)∶140，优选为6∶140(芘添加量4.3％)；

当所述稠环芳烃为苝，所述阳极中苝和石墨的质量比为(5-11)∶140，优选为7∶140(苝添加量5％)。

通过多次实验后发现分别添加芴、蒽、菲、芘、苝五种稠环芳烃提高富勒烯产率时均存在一个最佳的添加比例，即添加质量比为3.6％的芴、5％的蒽、5％的菲、4.3％的芘、5％的苝时，可将其对富勒烯产率提高至一个最大值。五种稠环芳烃中蒽对提高富勒烯产率的效果最好，与相同条件下的传统制备方法相比C₆₀产率提高至2.3倍，C₇₀产率可提高至2.8倍。

本发明还可通过改变阳极中稠环芳烃的类型以及添加比例，调整C₆₀、C₇₀的生成比例，从而得到相对产率较高的C₆₀或C₇₀目标富勒烯分子。

如选自下述稠环芳烃以及稠环芳烃和石墨的配比，可使C_{70相对产率}/C_{60相对产率}明显提高。

当所述稠环芳烃为蒽，所述阳极中蒽和石墨的质量比为1∶140(蒽添加比例0.7％)；