[发明专利]一种在超分子凝胶介质中培养富勒烯晶体的方法

说明书

本发明公开了一种在超分子凝胶介质中培养富勒烯晶体的方法，该方法以分子凝胶为基质，能有效地避免传统结晶方法难以避免的溶剂对流效应、晶体沉降效应、容器器壁效应等不利因素对富勒烯结晶的影响，通过加入合适的沉淀剂可培养出高品质的富勒烯晶体。本发明所用的凝胶基质具有高透明度，刺激响应性等特点，可实现晶体生长的可视化并有效实现晶体与凝胶介质的分离。利用本发明结晶方法，可快速培养出排列高度有序、直径分布均匀的超长C₆₀纤维，其长度直径比可高达23000，而且C₆₀晶体纤维的长度可通过改变富勒烯凝胶的高度获得有效调控。本发明结晶方法不仅可以实现富勒烯的结晶，也可以进行其它有机半导体的结晶。

技术领域

本发明属于富勒烯晶体的制备技术领域，具体涉及一种在超分子凝胶介质中培养富勒烯晶体的方法。

背景技术

富勒烯是一类新型球状分子，由单纯的碳原子通过共价键键合而成，是继石墨、金刚石之后，发现的第三种碳元素存在的单质晶体形态。在种类繁多的富勒烯家族中，人们对C₆₀的研究最为深入，它是单纯由碳原子结合形成的稳定分子，具有60个顶点和32个面，其中12个为正五边形，20个为正六边形，其相对分子质量约为720，堪称为富勒烯家族中稳定性最高的一种。富勒烯由于其自身独特的分子结构，使其具有独特的物理、化学性质。因而，富勒烯及其衍生物的研究已经成为当今科学家研究的重要热点之一。

富勒烯分子可以通过分子间π-π堆积作用自组装形成不同形貌的结晶体，包括纤维状(J.Am.Chem.Soc.,2008,130,2527-2534)、棒状(J.Mater.Chem.,2008,18,328-332)、管状(Chem.Mater.,2008,20,1667-1669)、片状(J.Am.Chem.Soc.,2007,129,13816-13817)、星状(Carbon,2013,64,370-376)、碗状(Chem.Eur.J.,2011,17,4921-4926)等。其中富勒稀纳米纤维在太阳能电池、晶体二极管、场效应晶体管、光电传感器、超导材料、储氢材料、催化材料等领域有着广泛的应用前景，引起人们的广泛关注。迄今为止，制备富勒烯晶体的方法主要有气相沉积法(J.Phys.Chem.Solids.,2000,61,1047-1050)、介孔膜板法(Chem.Mater.,2008,20,1667-1669)、溶剂挥发法(J.Am.Chem.Soc.,2008,130,2527-2534)、快速沉淀法(CrystEngComm,2012,14,7787-7791)、液-液界面沉淀法(J.Am.Chem.Soc.,2009,131,6372-6373)、凝胶辅助溶剂挥发法(Chem.Eur.J.,2012,18,14954-14956)、凝胶辅助能量匹配结晶法(Sci.Advances,2016,2(9),e1600142)等。其中液-液界面沉淀法是目前使用最为广泛的一种方法，但是由于液-液界面沉淀法无法消除溶剂对流效应、晶体沉降效应、容器器壁效应等的影响，导致实验重复性差、纤维分布散乱、纤维直径分布不均匀、长度不可控等。另外，现有方法也无法实现富勒烯生长长度有效可控及超长晶体的生长，所以，开发一种新型有效的富勒烯结晶方法显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种以高透明度且具有刺激响应特性的超分子凝胶为基质培养富勒烯晶体的方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是由下述步骤组成：

1、配制富勒烯溶液

将富勒烯溶解于溶剂中，配制成富勒烯溶液。

2、制备含有富勒烯的凝胶

将富勒烯溶液和胶凝剂加入玻璃瓶中，加热使胶凝剂完全溶解，自然冷却使其形成含有富勒烯的凝胶。

3、富勒烯的结晶

采用下述结晶方法I～III中的任意一种进行富勒烯的结晶：