【所屬領(lǐng)域】
新材料
【技術(shù)背景】
富勒烯碳籠內(nèi)部可包入多種金屬原子或團(tuán)簇，形成一種新的雜化分子，被稱為內(nèi)包金屬富勒烯。由于金屬的存在及對(duì)碳籠的影響，內(nèi)包金屬富勒烯的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、性質(zhì)奇特，在生物醫(yī)學(xué)及能源催化等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。但其制備和分離流程復(fù)雜，產(chǎn)率低下且純化困難，成為當(dāng)前限制其應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。目前，常用的分離方法是采用高效液相色譜法（HPLC）分離，由于HPLC分離的大部分工作集中在分離空心富勒烯和內(nèi)包金屬富勒烯上，因而對(duì)內(nèi)包金屬富勒烯的分離效率低下，且成本高、耗時(shí)長(zhǎng)。如何快速高效地分離內(nèi)包金屬富勒烯成為本領(lǐng)域急需解決的難題。
【成果介紹】
本成果研制了一種內(nèi)包金屬富勒烯的制備及分離方法，利用空心富勒烯和內(nèi)包金屬富勒烯第一還原電位的差異，僅需通過(guò)簡(jiǎn)單的與路易斯酸攪拌、過(guò)濾及重新水解流程，即可不受量的限制，在短時(shí)間內(nèi)快速分離大量的包含內(nèi)包金屬富勒烯的富勒烯混合物，得到大量?jī)?nèi)包金屬富勒烯富集物。本成果可實(shí)現(xiàn)內(nèi)包金屬氮化物富勒烯的高產(chǎn)率及快速純化，為規(guī)模化的內(nèi)包金屬富勒烯應(yīng)用提供保障。
【技術(shù)優(yōu)勢(shì)】
傳統(tǒng)內(nèi)包金屬氮化物富勒烯的制備過(guò)程需要嚴(yán)格控制電弧爐腔體內(nèi)真空度、氣氛條件及放電參數(shù)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且重復(fù)性差。較傳統(tǒng)方法，本成果最大特點(diǎn)是首創(chuàng)空氣體系，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：
a、直接利用空氣作為放電氣氛，無(wú)需真空處理，無(wú)需清洗氣路，省時(shí)高效。
b、空氣的無(wú)成本性，較傳統(tǒng)方法中昂貴的氦氣和氮?dú)庀啾龋沟帽境晒苽涑杀緲O大降低。
c、空氣體系下燒蝕碳棒后所得原灰中的內(nèi)包金屬氮化物簇富勒烯含量大幅提高；
d、無(wú)需考慮傳統(tǒng)制備方法中的調(diào)控氣體比例這一環(huán)節(jié)，允許直流電電流變化，也允許陽(yáng)極碳棒中金屬粉末和碳粉的比例變化，適用性極強(qiáng)的特點(diǎn)為工業(yè)生產(chǎn)提供了技術(shù)支撐。
本成果與傳統(tǒng)方法最優(yōu)條件下所得富勒烯溶質(zhì)絕對(duì)質(zhì)量對(duì)比圖
應(yīng)用本成果方法將內(nèi)包金屬釔富勒烯的快速分離前后的質(zhì)譜圖對(duì)比
【應(yīng)用場(chǎng)景】
本成果在內(nèi)包金屬富勒烯高效制備與快速分離技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突破，為其規(guī)模化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。內(nèi)包金屬富勒烯的球形分子結(jié)構(gòu)和大共軛的電子分布賦予了其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)；此外，利用其超有序自組裝等特性更可構(gòu)筑出多種多樣的內(nèi)包金屬富勒烯基晶態(tài)微納結(jié)構(gòu)材料，本成果可應(yīng)用于面向可再生能源與氫能技術(shù)領(lǐng)域的能源催化材料、光電轉(zhuǎn)化中的傳感器、分子磁體等場(chǎng)景。
【市場(chǎng)前景】
富勒烯和石墨烯同屬新型碳材料，已廣泛應(yīng)用于電子、能源、飛機(jī)、能源和國(guó)防等領(lǐng)域，例如潤(rùn)滑油添加劑、太陽(yáng)能電池、磁共振造影劑等。近年來(lái)，富勒烯作為新一代抗氧化劑，在化妝品、保健品的宣傳推廣中出鏡率持續(xù)走高。據(jù)統(tǒng)計(jì)到2025年底，全球富勒烯市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到7.4億美金。本成果所制備的內(nèi)包金屬富勒烯是一種新型金屬和碳雜化材料，結(jié)合了傳統(tǒng)過(guò)渡金屬和sp2碳材料各自的優(yōu)勢(shì)，二者在當(dāng)前可再生能源、催化、生物等領(lǐng)域的應(yīng)用無(wú)所不在，具有很好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
【知識(shí)產(chǎn)權(quán)】
該成果已申請(qǐng)多項(xiàng)中國(guó)發(fā)明專利，下表是部分展示：
【合作方式】
技術(shù)開(kāi)發(fā)、技術(shù)服務(wù)、技術(shù)許可、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、技術(shù)入股、面談
【專家介紹】
盧興，華中科技大學(xué)教授，材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長(zhǎng)；獲第十二屆“中華人民共和國(guó)駐日本大使獎(jiǎng)”（2009）和第七屆日本富勒烯學(xué)會(huì)“大澤賞”（2011）。長(zhǎng)期從事新型碳基復(fù)合材料的宏量可控制備、結(jié)構(gòu)性能調(diào)控及能源、生物應(yīng)用等方面的研究工作，取得了一系列有影響的結(jié)果，受到諸如諾貝爾獎(jiǎng)得主Kroto教授和美國(guó)化學(xué)會(huì)主席Echegoyen教授等知名學(xué)者的高度評(píng)價(jià)；成果入選美國(guó)化學(xué)會(huì)志“Spotlight”及英國(guó)皇家學(xué)會(huì) ‘2019 HOT Article Collection’等。在J. Am. Chem. Soc.（20篇），Angew. Chem. Int. Ed.（15篇）等國(guó)際知名期刊發(fā)表論文180余篇，主編專著4部，參編5部，受邀撰寫(xiě)綜述10余篇。5次擔(dān)任國(guó)際會(huì)議主席，邀請(qǐng)報(bào)告及受邀講學(xué)數(shù)十次。2011年底加入華中科技大學(xué)，組建“新型碳材料研究中心”，現(xiàn)有教授8人，研究人員80余人；另有多名國(guó)際著名科學(xué)家做為團(tuán)隊(duì)顧問(wèn)，如中日美三國(guó)院士Sumio Iijima博士、美國(guó)化學(xué)會(huì)主席Luis Echegoyen教授、Science副主編 美國(guó)工程院院士Ray Baughman教授、ACS Nano副主編 美國(guó)科學(xué)院院士Yury Gogotsi教授、Nanoscale主編Dirk Guldi教授和美國(guó)德州大學(xué)江隆永教授等。
【聯(lián)系方式】
成果編號(hào)：CG22013
