固体碳的一种新形态——富勒烯

一富勒烯(Fullerene)的发现人类对碳元素的研究和应用亘古至今,源远流长。人们熟知碳有两种同素异形体——石墨和金刚石。直到80年代中期,发现了富勒烯碳原子簇,尤其是近年来,对富勒烯的结构、性质深入广泛地研究,确认碳元素还存在着第三种晶体形态,已是顺理成章了。碳原子簇的研究始于天体物理学家对宇宙尘埃形成的兴趣,为了模拟星际空间及恒星附近碳原子簇的形成过程,早在1942年O Hahn等用质谱法证实了原子簇C_n(n<15)的存在。1984年Rohlfing等用质谱仪研究在超声氦气流中以激光蒸发石墨所得产物时,发现碳可以形成n<200的C_n原子簇。当n>40时,簇中碳原子教仅为偶数,并且还发现C_(60)的质谱峰明显高     

生命的基础元素:碳的认知、生理功能和医学应用

碳元素是人类最早发现和利用的元素之一，也是组成生命的重要基础元素。在人体内碳主要以糖类、蛋白质、脂类等有机物的形式存在，还有部分以无机盐的形式存在，主要是碳酸氢盐缓冲系统，这些含碳化合物在机体内发挥着重要的生理功能。碳材料可作为人工组织、器官植入材料、药物或基因载体、生物成像剂、生物传感器等，在医学领域为人类疾病的病因探究、诊断和治疗等提供了新的方案。     

碳元素同素异形体的稳定性

碳元素有多种同素异形体,其稳定性可根据能量判据进行判断。一般认为,石墨是标准状况下碳元素最稳定的同素异形体,其标准摩尔生成焓被定为参考值0k J/mol。近来亦有研究说明金刚石在0K下更稳定。一些文献认为富勒烯比石墨更稳定的说法是错误的,应予纠正。     

基于从头计算法的三维碳同素异形体结构设计

由于独特的成键特性,在不同温度和压强下,碳具有丰富的结构特性。除了实验上已发现各种同素异形体,理论计算也预言了丰富的新结构。在本文中,我们对第一性原理计算预言的三维碳同素异形体做了综述,特别地,我们着重关注了泡沫状的碳结构。碳泡沫主要由石墨片断以各种碳键连接而成,具体多孔结构及较大的表面积。另外,针对由低维碳结构,如碳富勒烯、纳米芽、纳米管及石墨烯等组成的三维碳超结构以及其他三维碳晶体我们也做了概述。这些新型碳结构有的由混杂的sp-sp²碳或者纯sp²碳组成(H-6, bct-4, C-20, K₄等),有的质量密度比金刚石还大(C₈, hP3, tl12, tp12等),有的可以由石墨在室温高压下转化而成(M碳, bct-4碳, W碳, Z碳等)。在这些预言的碳同素异形体中,有些在将来可能在实验室合成。     

具有螺共轭结构的碳的同素异形体:glitter碳

介绍碳的新的同素异形体glitter碳的结构及螺共轭特征,对碳的同素异形体的结构进行了比较。     

碳化学的中心教学法在大学普通化学教学中的运用

以碳元素为单一构成元素的碳材料具有各种特殊的性质,因此碳元素的广泛性、重要性和特异性受到人们的广泛关注,世界上许多国家都将碳材料的研究与开发作为战略发展计划置于相当重要的位置,本文用中心教学法把大学普通化学教材中有关碳元素的物质发现、性质与结构性能的关系做了比较系统的阐述,以便学生更好地理解和掌握。     

C60加成反应的一般原理

Ｃ６０加成反应的一般原理郑大贵（上饶师范专科学校化学系江西３３４００１）Ｃ６０是１９８５年美国科学家Ｋｒａｔｏ，Ｈ．Ｗ．和Ｓｍａｌｙ，Ｒ．Ｅ．等发现的碳元素的第三种同素异形体［１］。１９９０年德国科学家Ｋｒｔｓｃｈｍｅｒ，Ｗ．和美国科学家Ｈｕｆｍａｎ...     

非金属元素的同素异形体(二)——再谈碳的同素异形体

以“同一元素的不同形态的纯单质互称同素异形体”来定义,对数目众多的碳的同素异形体进行了归纳,它们可分为石墨、金刚石、富勒烯碳原子簇和新型纳米材料等4类。简要叙述了各种同素异形体的存在、组成、结构、制备、性质,并强调了计算化学对同素异形体的预测和现代科学技术发展对制备的作用及其在材料中的应用。     

碳基介熵材料:理论与实验

富碳型材料,包括纯碳材料的各种同素异形体、碳基骨架的稠环芳香分子、聚合物、框架材料等,已成为当今材料领域最重要的研究领域之一.在这些研究当中,很大一部分工作都是研究材料本身的结构与性质,而忽略了这些材料之间的内在联系.课本中的很多概念,如同分异构体、同素异形体和拓扑缺陷,已经无法用于深入理解种类和数量繁多的富碳型材料之间的构效关系.这就使得通过改变已知材料的有限结构来调控材料的性质变得工作重复而繁重,且基础理解受限于研究个体上.作者将从材料"熵"的概念入手,尝试理解富碳型材料之间熵的相对高低,并建议基于"介熵"的认识开发新型富碳型材料、开发新型介熵富碳型材料的全新性质.基于对具体的不同的新型富碳型材料的讨论,将"介熵"这一概念引入到同素异形体、同分异构体以及广泛存在于碳材料中的拓扑缺陷的理解上.类似富碳型材料的关系不再模糊地停留在几何结构层面上,为今后介熵富碳型材料及其他介熵材料的开发提供参考.     

以生物质为前驱体合成的碳材料在电化学中的应用

碳元素是自然界中存在的与人类最密切相关、最重要的元素之一。近年来,碳纳米技术的研究相当活跃,多种多样(针状、棒状、桶状等)的碳晶体层出不穷。合成的碳材料中主要有碳纳米管、石墨烯、碳纤维、碳球等。由于碳材料的高比表面积、高稳定性以及良好的导电性,使其在电化学中有广泛的应用。相比于传统的碳材料方法,直接用生物质为前驱体合成碳材料由于成本廉价、合成方法绿色简便,从而更易于大规模工业化生产。同时,用生物质合成碳材料时,会原位引入氮磷等杂原子,对碳材料的性能将产生很大的影响。生物质基碳材料以其优越的性能在燃料电池、超级电容器、锂离子电池等领域有着广阔的应用前景,成为很多金属材料的有效替代品。本文综述了以生物质为前驱体合成的碳材料在电化学中的应用。     

Carbonaceous species of TSP in urban and rural sites around coal-fired power stations in northwestern Greece

Total suspended particles from urban and rural locations around an industrial complex with four coal-fired power stations were collected for a period of 6 months (January-June 2001). Mass concentrations of TSP and carbonaceous species (TC, EC, OC and BC) were determined for seven sampling sites of the studied area. The contribution of TC mass to the total particle mass was similar for all sites with an average value of 12.36±1.27%. The fraction of elemental carbon (EC) was estimated between 32 and 46% of the total carbon (TC). The relationship between organic and elemental carbon showed the primary origin of organic carbon (direct emissions). The OC/BC ratio values were also considered in order to get information about the enrichment of aerosols in organic carbon. Four conditional categories out of the sampling site ‘collection were additionally extracted (“urban”, “rural”, “far” and “close” location to the power stations) and considered with respect to the values of the ratios OC/BC and OC/EC and the multiple correlation coefficients R² for the concentrations of OC, BC and EC. It has been found that in some cases the correlation coefficients rather than the ratios could inform on the type of site.     

多孔炭材料的研究进展及前景

近年来多孔炭材料在国内外的研究和开发应用都十分活跃。本文从制备原料的扩展, 形态特征的增多, 纳米空间的控制, 功能特性的改进, 微细组织的察, 应用途径的开拓等不同方面综述了多孔炭材料的研究和应用开发的新进展。     

Gasification of hydrolysis lignin with CO2 in the presence of Fe and Co compounds

The effect of the nature of the metal (Fe and Co) deposited on the surface of hydrolysis lignin, as well as the metal content (1, 3, 5 and 7 wt%), on the process of dry catalytic lignin reforming has been studied. The use of the catalyst led to a twofold increase in the conversion of carbon dioxide at temperatures of 500–800 °C, while both metals showed similar activity. The maximum specific catalytic effect is achieved when supporting 7 wt% of active metals.     

炭材料对铀的吸附

铀既是核燃料的主要成分又是乏燃料后处理的关键核素。将铀从乏燃料后处理流程中的高放射性料液或者其他含铀废水中分离出来既可以将此宝贵的核燃料回收使用,又有利于降低乏燃料处理后期的处置费用,以及减少铀对环境的污染。而从海水、盐湖水、尾矿废水等贫铀水体中提取铀则可能是解决将来铀资源匮乏的主要方法。炭质材料具有较大的比表面积、较高的孔隙率,耐高温,抗辐射,对各种酸碱环境有很高稳定性,而且本身无毒,环境友好,有望作为吸附剂或固相萃取材料用于从水体中吸附分离铀。本文介绍了活性炭、介孔炭、碳纳米管等材料对铀的吸附研究进展。表面功能化可以提高炭材料对铀酰离子的吸附容量与选择性,对炭材料功能化的方法主要有表面氧化、浸渍、负载和接枝等手段。由于化学稳定性高,采用化学方法在炭材料表面接枝功能分子是具有应用前景的研究方向。采用碳纤维作电极,电吸附铀的方法可以大量地从水溶液中将铀吸附到电极表面,再通过电脱附回收铀,具有工业化应用前景。     

多色荧光碳点的制备新进展

碳点(碳量子点)是在紫外-可见光吸收区域具有有效吸收的、可多色发光的新型碳纳米材料,在生物医学、环境能源和催化领域有着重要的研究应用前景。但是,在过去的10年中,无论是自上而下还是自下而上的方法,所制备碳点的发光大部分集中在蓝光-橙光范围。最近,随着制备方法的改进,有多种方法制备出了红光或近红外发光的碳点。本文简述了近3年来各类代表性的制备碳点的方法,并主要介绍了红光或近红外发光碳点的制备新进展。     

广州大气细粒子中有机碳、元素碳和水溶性有机碳的分布特征

在广州市中山大学采样点进行了为期1年的大气细粒子(PM2.5)采样,监测分析得到PM2.5及有机碳(OC)、元素碳(EC)和水溶性有机碳(WSOC)等组分的质量浓度,并进行了比较和评价分析。结果表明广州市细粒子碳污染较严重。对OC、EC和WSOC质量浓度的月变化和季节变化特征进行了讨论,并分析了原因。OC、EC浓度相关性好,表明OC、EC来源大部分相同。根据OC/EC比值,估算二次有机碳(SOC)量,结果是SOC占OC的1/3。讨论了SOC和SOC/OC比值的季节分布,结果证明SOC夏季生成比冬季多。     

Applying diamond like carbon layer on carbon/carbon composites and its effect on the deposition of hydroxyapatite coating

The biomedical application of carbon/carbon (C/C) composites is limited by lacking bioactivity and releasing carbon debris. Hydroxyapatite (HA) coating has been used to improve the bioactivity of C/C composites, but it cannot reduce the release of carbon debris effectively because of poor wear resistance property. In this work, a wear‐resistant layer of diamond like carbon (DLC) is applied on C/C composites, followed by an ultrasound‐assisted electrochemical deposition to prepare HA coatings. The microstructure, morphology and chemical composition of the DLC layer and the HA coating are characterised by scanning electron microscopy, X‐ray diffraction, energy dispersive spectroscopy (EDS), X‐ray photoelectron spectroscopy, Fourier transformed infrared spectroscopy and Raman spectrum. The bonding strength between the HA coating and the DLC layer modified C/C composites is examined by a tensile test. The results show that the DLC layer has a spherical morphology and provides a uniform surface for the deposition of the HA coating. The HA coating shows flaky morphology with a compact structure. The tensile strength of the HA coating on the DLC layer modified C/C composites is 6.24 ± 0.40 MPa, which is significantly higher than that of HA coating on unmodified C/C composites(3.04 ± 0.20 MPa). Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

碳纳米管含量对炭炭复合材料组织及力学性能的影响

炭纤维上原位合成了均匀生长且具有伸张形貌的碳纳米管,借助化学气相渗透制备了碳纳米管增强的炭炭复合材料,研究了不同含量的碳纳米管对炭炭复合材料组织和力学性能的影响。结果表明：炭纤维上生长碳纳米管改变了热解炭的沉积行为,诱导了各向同性热解炭的生成,且随着碳纳米管含量的增加,各向同性热解炭的厚度增加,但是复合材料的d002值却明显降低。微量的碳纳米管即可显著提高复合材料的力学强度,随着其含量的增加,复合材料的力学强度和模量迅速提高,但材料的断裂行为却急剧恶化,断裂模式由最初的假塑性断裂转变为脆性断裂。     

新型沥青基ACNT/C纳米复合材料的制备与表征

以超长定向碳纳米管(ACNTs)阵列为骨架，中温煤焦油沥青为浸渍剂，采用浸渍-炭化工艺经过一个循环制备了密度约为1.25 g·cm^-3的沥青基定向碳纳米管/炭(ACNT/C)纳米复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、偏光金相显微镜(PLM)、X射线衍射(XRD)和Raman光谱分析对这种新型纳米炭材料进行了表征。结果表明ACNT/C中沥青炭为明显的各向异性组织，以碳纳米管为核心形成了非常细密的流线型层片结构，具有较高的晶化程度。采用热失重分析(TGA)方法考察了材料在空气中的热稳定性能，发现ACNT/C纳米复合材料在空气中的热失重初始温度比相同工艺条件下，以炭纤维为骨架制备的密度相近的炭/炭(C/C)复合材料提高了50 ℃左右。     

THEORETICAL COMPARISON OF THE BONDING OF CHALCOCARBONYL LIGANDS

Abstract

Fenske-Hall molecular orbital calculations on the complexes CpFe(CO)₂(CX)⁺ (X = O, S, Se, and Te) have been used to quantify the nature of bonding between the CX ligands and the metal atom. In addition, conclusions have been reached about the reactivity of the complexes under both nucleophilic and electrophilic attack. The previously established trend of increasing metal—ligand bond strength as X changes from O to S to Se is demonstrated by our molecular orbital calculations, and found to extend to Te. The mechanism for nucleophilic attack, variously explained in the past by either charge control or orbital control, is quantitatively ascribed to orbital control only. The nature of electrophilic attack on these complexes is also found to begin with orbital control.