碳60

C60是一種碳原子簇，由¹⁴C標(biāo)記。它由60個碳原子構(gòu)成像足球一樣的32面體，包括20個六邊形，12個五邊形。這60個C原子在空間進(jìn)行排列時，形成一個化學(xué)鍵最穩(wěn)定的空間排列位置，恰好與足球表面格的排列一致。由于這個結(jié)構(gòu)的提出是受到建筑學(xué)家富勒（Buckminster Fuller）的啟發(fā)。富勒曾設(shè)計一種用六邊形和五邊形構(gòu)成的球形薄殼建筑結(jié)構(gòu)。因此科學(xué)家把C60叫做足球烯，也叫做富勒烯(Fullerence)。

在數(shù)學(xué)上，富勒烯的結(jié)構(gòu)都是以五邊形和六邊形面組成的凸多面體。最小的富勒烯是C₂₀，有正十二面體的構(gòu)造。沒有22個頂點的富勒烯。之后都存在C_2n的富勒烯，n= 12,13,14 ...。在之些小的富勒烯中，都存在著五邊形相鄰結(jié)構(gòu)。C₆₀是第一個沒有相鄰的五邊形的富勒烯，下一個是C₇₀。在更高的富勒烯中，普遍滿足孤立五邊形規(guī)則（Isolated pentagon rule,IPR），即在n>12時，不存在相鄰的五邊形結(jié)構(gòu)。

·原子雜化狀態(tài)

處于頂點的碳原子與相鄰頂點的碳原子各用近似于sp²雜化軌道重疊形成σ鍵，每個碳原子的三個σ鍵分別為一個五邊形的邊和兩個六邊形的邊。碳原子雜化軌道理論計算值為sp^2.28，每個碳原子的三個σ鍵不是共平面的，鍵角約為108°或120°，因此整個分子為球狀。每個碳原子用剩下的一個p軌道互相重疊形成一個含60個π電子的閉殼層電子結(jié)構(gòu)，因此在近似球形的籠內(nèi)和籠外都圍繞著π電子云。

下面給出其雜化軌道的理論計算過程：

根據(jù)雜化軌道的正交、歸一條件，兩個等性雜化軌道的的最大值之間的夾角θ滿足：

C₆₀的三個雜化軌道中均只有一個電子，為等性雜化軌道。由于無d 軌道參與雜化，故可以列式：

故碳原子采用的雜化方式理論計算值是sp^2.28。

因為C₆₀是石墨、金剛石的同素異形體，因此有科學(xué)家聯(lián)想到用廉價的石墨作原料合成C₆₀，也有人想到它含有苯環(huán)單元的結(jié)構(gòu)，或許可以選用苯作原料合成C₆₀。這些設(shè)想最后都實現(xiàn)了。1000g苯可以制得3g C₇₀和C₆₀的混合物（它們的比率為0.26～5.7）。

C₆₀的發(fā)現(xiàn)最初始于天文學(xué)領(lǐng)域的研究，科學(xué)家們研究星體之間廣泛分布的碳塵，發(fā)現(xiàn)星際間碳塵的黑色云狀物中包含著由短鏈結(jié)構(gòu)的原子構(gòu)成的分子，也有一部分學(xué)者認(rèn)為該云狀物是從碳族星體紅色巨星中產(chǎn)生的，理論天文學(xué)家推測，這些塵埃土中包含著呈現(xiàn)黑色的碳元素粒子。

后來英國的克羅脫為了探明紅色巨星產(chǎn)生的碳分子結(jié)構(gòu)，對星際塵埃中含有碳元素的幾種分子進(jìn)行了確認(rèn)。美國的霍夫曼和德國的克拉其莫也制造出了宇宙中類似的塵埃。他們將其與煤炭燃燒后遺留的黑色物質(zhì)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)了氣化物質(zhì)在紫外線吸收實驗中留下了清晰的痕跡，并稱之為“駝峰光譜”。后來由美國的柯爾、史沫萊和英國的克羅脫解釋出該現(xiàn)象的理由，并為此獲得了諾貝爾化學(xué)獎。

C60是美國休斯頓賴斯大學(xué)的史沫萊(R.E.Smalley)等人和英國的克羅脫（H.W.Kroto）于1985年提出煙火法而正式制得的。他們用大功率激光束轟擊石墨使其氣化，用1MPa壓強的氦氣產(chǎn)生超聲波，使被激光束氣化的碳原子通過一個小噴嘴進(jìn)入真空膨脹，并迅速冷卻形成新的碳分子，從而得到了C₆₀。C₆₀的組成及結(jié)構(gòu)已經(jīng)被質(zhì)譜儀、X射線分析等實驗所證明。此外，還有C70等許多類似C60的分子也已被相繼發(fā)現(xiàn)。

除C₆₀外，具有封閉籠狀結(jié)構(gòu)的還可能有C₂₈、C₃₂、C₅₀、C₇₀、C₈₄……C₂₄₀、C₅₄₀等，統(tǒng)稱為富勒烯（Fullerene）。自從1985發(fā)現(xiàn)富勒烯之后，不斷有新結(jié)構(gòu)的富勒烯被預(yù)言或發(fā)現(xiàn)，并超越了單個團簇本身。

聚合物：

在高溫高壓下形成的 鏈狀、二維或三維聚合物。

納米“洋蔥”：

多壁碳層包裹在巴基球外部形成球狀顆粒，可能用于潤滑劑；

球棒相連二聚體：

兩個巴基球被碳鏈相連；

最小的是C₂₀ （二十烷的不飽和衍生物）和最常見的C₆₀；2007年科學(xué)家們預(yù)測了一種的新的硼巴基球，它用硼取代了碳形成巴基球，B₈₀的結(jié)構(gòu)是每個原子都形成五或六個鍵，它比C₆₀穩(wěn)定。另外一種常見的富勒烯是70，72、76、84甚至100個碳組成的巴基球也是很容易得到的。

碳納米管

碳納米管是非常小的中空管，有單壁和多壁之分;在電子工業(yè)有潛在的應(yīng)用；納米管是中空富勒烯管。這些碳管通常只有幾個納米寬，但是他們的長度可以達(dá)到1微米甚至1毫米。碳納米管通常是終端封閉的，也有終端開口的，還有一些是終端沒有完全封口的。碳納米管的獨特的分子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致它有奇特的宏觀性質(zhì)，如高抗拉強度、高導(dǎo)電性、高延展性、高導(dǎo)熱性和化學(xué)惰性（因為它是圓筒狀或“平面狀”，沒有裸露原子被輕易取代）。一個潛在應(yīng)用是做紙電池，這是2007倫斯勒理工學(xué)院的一個新發(fā)現(xiàn)。 另外一個可能應(yīng)用是用做太空電梯的高強度碳纜。通過共價鍵將富勒烯吸附在碳納米管外形成的納米“芽”結(jié)構(gòu)稱作納米芽。

巨碳管

比納米管大，管壁可制備成不同厚度，在運送大小不同的分子方面有潛在價值；

富勒體

是富勒烯及其衍生物的固態(tài)形態(tài)的稱呼，中文一般不特別稱呼這個形態(tài)。超硬富勒體這個詞一般被用來表述使用高壓高溫得到的富勒體，這種條件下普通的富勒烯固體會形成鉆石形式的納米晶體，它有相當(dāng)高的機械強度和硬度。

內(nèi)嵌富勒烯：

內(nèi)嵌富勒烯是將一些原子嵌入富勒烯碳籠而形成的一類新型內(nèi)嵌富勒烯，如氫、碳、鈧、氮等，大部分是在電弧法制造富勒烯的過程中形成的，也可以通過化學(xué)方法將富勒烯打開孔后裝入一些原子或分子。

1971年，大澤映二發(fā)表《芳香性》一書，其中描述了C₆₀分子的設(shè)想。

1980年，飯島澄男在分析碳膜的透射電子顯微鏡圖時發(fā)現(xiàn)同心圓結(jié)構(gòu)，就像切開的洋蔥，這是C₆₀的第一個電子顯微鏡圖。 1983年，克羅托蒸發(fā)石墨棒產(chǎn)生的碳灰的紫外可見光譜中發(fā)現(xiàn)215nm和265nm的吸收峰，他們稱之為“駝峰”，他們推斷出這是富勒烯產(chǎn)生的。

1984年，富勒烯的第一個光譜證據(jù)是在1984年由美國新澤西州的艾克森實驗室的羅芬等人發(fā)現(xiàn)的，但是他們不認(rèn)為這是C₆₀等團簇產(chǎn)生的。

1985年，英國化學(xué)家哈羅德·沃特爾·克羅托博士和美國科學(xué)家理查德·斯莫利等人在氦氣流中以激光汽化蒸發(fā)石墨實驗中首次制得由60個碳組成的碳原子簇結(jié)構(gòu)分子C₆₀，并推測這個團簇是球狀結(jié)構(gòu)。

1990年，克利斯莫（Kriischmer）等人第一次報道了大量合成C₆₀的方法，才使得C₆₀的研究得以大量展開。

1991年，加州大學(xué)洛杉磯分校的霍金斯（Joel Hawkins）得到了富勒烯衍生物的第一個晶體結(jié)構(gòu)，標(biāo)志著富勒烯結(jié)構(gòu)被準(zhǔn)確測定。

1992年美國科學(xué)家P. R. Buseck在用高分辨透射電鏡研究俄羅斯數(shù)億年前的地下的一種名為Shungites的礦石時，發(fā)現(xiàn)了C₆₀和C₇₀的存在，飛行時間質(zhì)譜也證明了他們的結(jié)論，產(chǎn)生原因未知。

1995年，伍德（Fred Wudl）制備出開孔富勒烯；而PCBM也被他首次制備。

1996年，羅伯特·科爾（美）哈羅德·沃特爾·克羅托（英）理查德·斯莫利（美）因富勒烯的發(fā)現(xiàn)獲諾貝爾獎。

2010年加拿大西安大略大學(xué)科學(xué)家在6500光年以外的宇宙星云中發(fā)現(xiàn)了C₆₀存在的證據(jù)，他們通過史匹哲太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了C₆₀特定的信號。

2014年8月25日，科學(xué)家曾一直設(shè)想用其他元素構(gòu)造具有相同結(jié)構(gòu)的巴基球，而這一設(shè)想變成現(xiàn)實，研究人員完成了第一個用硼原子組成的巴基球。由于硼具有電子缺失的性質(zhì)，所以該巴基球可以用來儲存氫氣，進(jìn)一步發(fā)展成新型納米材料。據(jù)了解，C₆₀是單純由碳原子結(jié)合形成的穩(wěn)定分子，它具有60個頂點和32個面，其中12個為正五邊形，20個為正六邊形。

C₆₀結(jié)構(gòu)，又稱為巴基球又被稱為足球烯，原因是其外形與英國式足球相似。它是一個由60個碳原子結(jié)合形成的穩(wěn)定分子，英國化學(xué)家哈羅德·沃特爾·克羅托勾畫出的C₆₀的分子結(jié)構(gòu)，富勒的啟示起了關(guān)鍵性作用，因此他們一致建議，用布克米尼斯特·富勒（Buckminster Fuller）的姓名加上一個詞尾-ene來命名C₆₀及其一系列碳原子簇，稱為Buckminsterfullerene，簡稱Fullerene，中譯名為富勒烯。

在Fuller的后面加上一個詞尾-ene，是考慮到C₆₀分子和苯及其衍生物一樣，都具有芳香族的結(jié)構(gòu)，具有不飽和性，在英文中對具有不飽和性的化合物的命名常常帶有詞尾-ene，于是便產(chǎn)生了Fullerene這個名稱，中譯名里對帶詞尾-ene的化合物常被譯成烯，因此Fullerene的中譯名就是富勒烯。

對于將C₆₀及其一系列碳原子簇稱為烯，根據(jù)有機化學(xué)系統(tǒng)命名原則，烯表示含雙鍵的烴，而C₆₀及其一系列碳原子簇是完全由碳原子組成的單質(zhì)，并不是一種化合物，也不是烯烴。因此，有些化學(xué)家不同意使用富勒烯這個名稱。命名因為需要尊重約定俗成的習(xí)慣，書籍和文獻(xiàn)中仍都采用Fullerene這個名稱。

由于C₆₀分子的形狀和結(jié)構(gòu)酷似英國式足球（soccer），所以又被形象地稱為Soccerene（同樣帶有詞尾-ene），中譯名為“足球烯”。還有人用富勒的名字（Buckminster）的詞頭Buck來命名，稱為Buckyball，中譯名為“巴基球”。

有人建議稱C₆₀及其一系列碳原子簇為“球碳”，理由是它們是由碳元素組成的球形分子；有人建議稱為“籠碳”，理由是它們是一種中空的籠形分子；還有人建議把“球碳”“籠碳”和“富勒”綜合起來，稱為“富勒球碳”“富勒籠碳”。在C₆₀及其一系列碳原子簇的命名上，還沒有一種令大家都滿意的名稱。

在親核加成中富勒烯作為一個親電試劑與親核試劑反應(yīng)，它形成碳負(fù)離子被格利雅試劑或有機鋰試劑等親核試劑捕獲。例如，氯化甲基鎂與C₆₀在定量形成甲基位于的環(huán)戊二烯中間的五加成產(chǎn)物后，質(zhì)子化形成(CH₃)₅HC₆₀。賓格反應(yīng)也是重要的富勒烯環(huán)加成反應(yīng)，形成亞甲基富勒烯。富勒烯在氯苯和三氯化鋁的作用下可以發(fā)生富氏烷基化反應(yīng)，該氫化芳化作用的產(chǎn)物是1,2加成的(Ar-CC-H)。

碳60周環(huán)反應(yīng)

富勒烯的[6,6]鍵可以與雙烯體或雙烯親和體反應(yīng)，如D-A反應(yīng)。[2 2]環(huán)加成可以形成四元環(huán)，如苯炔。1,3偶極環(huán)加成反應(yīng)可以生成五元環(huán)，被稱作Prato反應(yīng)。富勒烯與卡賓反應(yīng)形成亞甲基富勒烯。常見周環(huán)反應(yīng)如下：

(1) [4 2]環(huán)加成。在[4 2]環(huán)加成中，C₆₀的6/6 雙鍵一直充當(dāng)親二烯體，大量不同的二烯類物加到C₆₀上形成六元環(huán)(主要合成一元加合物)環(huán)加成物的形成條件依賴于二烯的反應(yīng)活性，在某些情況下加合物的形成是可逆的，如戊二烯和蒽的C₆₀環(huán)加成。

(2) [3 2]環(huán)加成。如 C₆₀與重氮甲烷（R₁R₂CN₂) 、重氮酰胺、重氮乙酸酯類反應(yīng)，可得到種類很多的亞甲基橋富勒烯，這類反應(yīng)是基于C₆₀作為一個1,3 親偶極體，重氮化合物首先加成到6/6雙鍵上，形成二氫化吡唑啉五元環(huán)。

(3) [2 2]環(huán)加成。用10倍過量的四環(huán)烷烴與C₆₀的甲苯溶液在80℃發(fā)生[2 2]熱環(huán)加成反應(yīng)，C₆₀與富電子有機分子可進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)，在室溫下，用紫外線照射C₆₀與N，N-二乙基丙炔基胺的無氧甲苯溶液20min 即形成環(huán)加合產(chǎn)物。

(4) [2 1]環(huán)加成反應(yīng)。與C₆₀的6/6 雙鍵發(fā)生加成反應(yīng)的卡賓有許多不同的方法產(chǎn)生，如通過二氮丙因、甲苯磺?；赇圎}、環(huán)丙烯酮乙縮醛、二唑啉的熱解及α-鹵代羧酸鹽的熱解與費歇爾卡賓的熱分解等等。在C₆₀存在的情況下由鄰-4-硝基苯基磺?；惲u肟酸的衍生物通過堿催化α消除而合成富勒烯1-氮雜環(huán)丙烷。

碳60加氫還原

富勒烯氫化有幾個容易的方法。氫化富勒烯如C₆₀H₁₈，C₆₀H₃₆。然而，完全氫化的C₆₀H₆₀僅僅是假設(shè)存在因為分子張力過大。高度氫化富勒烯不穩(wěn)定，富勒烯與氫氣直接反應(yīng)在高溫條件下的直接反應(yīng)會導(dǎo)致籠結(jié)構(gòu)崩潰，而形成的多環(huán)芳烴。

碳60羥基反應(yīng)

富勒烯可以通過羥基化反應(yīng)得到富勒醇，其水溶性取決于分子中羥基數(shù)的多少。一種方法是富勒烯與稀硫酸和硝酸鉀反應(yīng)可生成C₆₀(OH)₁₅，另一種方法是在稀氫氧化鈉溶液的催化下反應(yīng)由TBAH增加24到26個羥基。羥基化反應(yīng)也有過用無溶劑氫氧化鈉與過氧化氫和富勒烯反應(yīng)的報道。用過氧化氫與富勒烯的反應(yīng)合成C₆₀(OH)₈，羥基的最大數(shù)量,可以達(dá)到36至40個。

碳60開孔反應(yīng)

開孔反應(yīng)是指通過化學(xué)手段選擇性地切斷富勒烯骨架上的碳碳鍵來制備開孔富勒烯的反應(yīng)，開孔后就可能把一些小分子裝到碳球中，如氫分子、氦、鋰等。第一個開孔富勒烯是在1995由伍德等報道的。

碳60氧化還原

氧化還原反應(yīng)：在光照的條件下將C₆₀與O₂反應(yīng)生成環(huán)氧化物C₆₀O₂，但這種環(huán)氧化物不穩(wěn)定，用礬土分離時能還原成C₆₀。

碳60加成反應(yīng)

C₆₀可以與氫或鹵素單質(zhì)進(jìn)行加成。把其完全氫化便得絨毛球烷（Fuzzyball），化學(xué)式為C₆₀H₆₀（加成進(jìn)的氫原子有可能C₆₀在籠內(nèi)也可能在C₆₀外部）。烷基自由基R可與C₆₀反應(yīng)生成RC₆₀加和物，RC₆₀可生成C₆₀直接鍵和啞鈴狀二聚體RC₆₀-C₆₀R。

親電加成

富勒烯也可以發(fā)生親電反應(yīng)?？梢栽诟焕障┣蛲饧映?4個溴原子。最多親電加成紀(jì)錄保持者是C₆₀F₄₈。根據(jù)氟硅烷的結(jié)構(gòu)（在硅元素中）還難以預(yù)測C₆₀F₆₀是否可能有一些氟原子在“endo”位置（指富勒烯內(nèi)部），這種化合物是比起球型更類似于一個管狀的富勒烯分子。

配位反應(yīng)

富勒烯在有機金屬化學(xué)中作為配體。[6,6]雙鍵是缺電子的，通常與金屬成鍵的η= 2（配位化學(xué)中的常數(shù)）。鍵合模式如η= 5或η=6可以因作為配體的球狀富勒烯改變而改變。富勒烯和硫羰基鎢W(CO)₆在環(huán)己烷溶液中，陽光直接照射下反應(yīng)生成的（η-2-C₆₀)₅W(CO)₆。

內(nèi)嵌反應(yīng)

指通過化學(xué)手段選擇性地切斷富勒烯骨架上的碳碳鍵來制備開孔富勒烯的反應(yīng)。開孔后就可能把一些小分子裝到碳球中，如氫分子、氦、鋰等。第一個開孔富勒烯是在1995由Wudl等報道的。

反加成

反加成反應(yīng)即Retro-Additions（RA）。研究表明，通過RA消去，取代基實現(xiàn)了他們的目的后便與富勒烯主體分離。

碳60金屬反應(yīng)

C₆₀與金屬的反應(yīng)分為兩種情況：一種是金屬被置于C60碳籠的內(nèi)部；另一種是金屬位于C₆₀碳籠的外部：

（1) C₆₀碳籠內(nèi)配合物生成反應(yīng)。C₆₀碳籠為封閉的中空的多面體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)腔直徑為7.1埃，內(nèi)部可嵌入原子、離子或小分子形成新的團簇分子，C₆₀ A C₆₀ (A）。Smalley等人現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)能與C₆₀生成C₆₀ (A）的金屬有：K、Na、Cs、La、Ba、Sr、U、Y、Ce、Sm、Eu、Gd、Tb、Ho、Th等。除金屬外，He、Ne等惰性氣體及LiF、LiCl、NaCl等極性分子亦可移置C₆₀籠中。

（2) C₆₀碳籠外鍵合反應(yīng)。Ohno等人發(fā)現(xiàn)能與C₆₀鍵合的金屬有：V、Fe、Co、Ni、Rh、Cu、La、Yb、Ag等。

碳60顏色反應(yīng)

C₆₀可以溶于CS₂中。顏色呈紫紅色。

C₆₀的主客體化學(xué)

由于C60分子獨特的剛性球狀結(jié)構(gòu)，發(fā)展能夠與其高效結(jié)合的特定主體是一件很有意義的工作，二十多年來科學(xué)家們樂此不疲地用新奇的化合物和有趣的方式將其包起來得到包含物和嵌合物，在富勒烯的主客體化學(xué)方面進(jìn)行了大量的研究并取得了長足的進(jìn)展，發(fā)展了一系列主體化合物，大致分為富π電子化合物和大環(huán)主體兩類；前者有二茂鐵、卟啉、酞菁、四硫富瓦烯、苝、碗烯和帶狀多共軛體系等的衍生物，后者有環(huán)糊精、杯芳烴、氮雜杯芳烴，長鏈烷烴和低聚物等的衍生物。迄今與富勒烯分子超分子結(jié)合力最強的是相田卓三教授合成的卟啉籠分子，在鄰二氯苯中與C₆₀的結(jié)合常數(shù)為lgK_a = 8.11。

C₆₀衍生物超分子的自組裝

修飾富勒烯可以獲得更多的作用位點，因此富勒烯衍生物的超分子自組裝的研究一直是個熱點，遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于不修飾的富勒烯的組裝，特別是在基于富勒烯的功能材料、光致電子轉(zhuǎn)移、人工光合作用體系、光子器件等諸多的研究領(lǐng)域。

C₆₀及其衍生物的有序聚集態(tài)的制備方法

富勒烯功能化后產(chǎn)生的自組裝前體，通過超分子作用形成有序聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，既是提高對富勒烯本征認(rèn)識以及單分子器件構(gòu)筑水平，也是對富勒烯高新技術(shù)功能化材料的需要。十多年來，中國內(nèi)外很多研究組已經(jīng)在獲得穩(wěn)定的C₆₀納米材料如納米顆粒、納米管、納米線、納米帶和高度有序二維結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了大量的研究，發(fā)展了經(jīng)典自組裝法、模板法、氣相沉積法，化學(xué)吸附和LB膜技術(shù)等方法來構(gòu)筑具有特定形貌的有機納米材料。

在流行文化中的富勒烯元素很多，并且在科學(xué)家關(guān)注它們之前就出現(xiàn)了。在《新科學(xué)家》雜志中，曾經(jīng)每周有瓊斯（David E. H. Jones）寫的叫做《地達(dá)拉斯》（Daedalus）的專欄來描述各種有趣但很難實現(xiàn)的科學(xué)和技術(shù)。1966年，他建議可能通過摻雜雜原子來扭曲一個平面的六邊形組成的網(wǎng)來得到一個中空的碳球分子。 2010年9月4日，谷歌的首頁上用一個旋轉(zhuǎn)的C₆₀富勒烯取代了GOOGLE圖案中的第二個"O"來慶祝巴基球發(fā)現(xiàn)25周年。2100433B

科學(xué)家在生物體腹腔內(nèi)注射大劑量C₆₀后的毒理研究后發(fā)現(xiàn)，沒有證據(jù)表明白鼠在注射5000mg/kg（體重）的C₆₀劑量后有中毒現(xiàn)象。 也沒有發(fā)現(xiàn)給嚙齒動物口服 C₆₀和C₇₀混合物2000mg/kg的劑量后有中毒現(xiàn)象、遺傳毒性或誘變性， 其他人的研究同樣證明C₆₀和C₇₀是無毒的。

另一些科學(xué)家發(fā)現(xiàn)注射C₆₀懸浮液不會導(dǎo)致對嚙齒類動物的急性或亞急性毒性，相反一定劑量的C60會保護他們的肝免受自由基傷害。2012年的最新研究表明，口服富勒烯能將小鼠的壽命延長一倍而沒有任何副作用。摩薩（Moussa）教授研究C₆₀的性質(zhì)長達(dá)18年，著有 《持續(xù)喂服小鼠C₆₀使其壽命延長》一文，2012年10月他在一次視頻采訪中宣稱，純C₆₀沒有毒性。

富勒烯發(fā)現(xiàn)以來都沒有明顯的證據(jù)表明C₆₀是有毒性的，但一些科學(xué)家將碳納米管注射到小鼠的腹腔中發(fā)現(xiàn)了石棉狀的病灶。不過這項研究不是吸入性研究，雖然在這之前有對納米管的吸入性研究的毒理實驗，因此，憑此項研究還不能確認(rèn)碳納米管有類似石棉的毒理特性。小鼠吸入C₆₀(OH)₂₄或納米C₆₀并沒有毒副作用，而同樣情況下將石英顆粒注入小鼠則引起強烈的炎癥。納米管在分子量、形狀、尺寸等化學(xué)和物理性質(zhì)（溶解度）方面都與C₆₀迥然不同，因此從毒理學(xué)的角度來看，C₆₀和碳納米管的不同毒理學(xué)性質(zhì)的差異性沒有關(guān)聯(lián)性。在分析毒性數(shù)據(jù)時，必須區(qū)別富勒烯的不同分子：C₆₀、C₇₀ ……；富勒烯衍生物：C₆₀或其他化學(xué)修飾的富勒烯衍生物；富勒烯復(fù)合物（比如，表面活性劑輔助的水溶性富勒烯，如C₆₀-聚乙烯基吡咯烷酮；主客體復(fù)合物，如與環(huán)糊精或卟啉），這種情況下富勒烯是與其他分子是通過超分子作用與其他分子連接的；C₆₀納米顆粒，這是C₆₀微晶的沿展固相聚集；以及更大分子量的非球狀的碳納米管。

C₆₀在室溫下為紫紅色固態(tài)分子晶體，有微弱熒光。C₆₀分子的直徑約為7.1埃（1埃= 10^-10米，即一百億分之一米），C₆₀的密度為1.68g/cm³。分子軌道計算表明，足球烯具有較大的離域能。C₆₀具有金屬光澤，有許多優(yōu)異性能，如超導(dǎo)、強磁性、耐高壓、抗化學(xué)腐蝕、在光、電、磁等領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用前景。

溶解性

富勒烯在大部分溶劑中溶得很差，通常用芳香性溶劑，如甲苯、氯苯，或非芳香性溶劑二硫化碳溶解。純富勒烯的溶液通常是紫色，濃度大則是紫紅色，C₇₀的溶液比C60的稍微紅一些，因為他在500nm處有吸收；其他的富勒烯，如C₇₆、C₈₀等則有不同的紫色。富勒烯是迄今發(fā)現(xiàn)的唯一在室溫下溶于常規(guī)溶劑的碳的同素異性體。

有些富勒烯是不可溶的，因為他們的基態(tài)與激發(fā)態(tài)的帶寬很窄，如C₂₈，C₃₆和C₅₀。C₇₂也是幾乎不溶的，但是C₇₂的內(nèi)嵌富勒烯，如La₂·C₇₂是可溶的，這是因為金屬元素與富勒烯的相互作用。早期的科學(xué)科學(xué)家對于沒有發(fā)現(xiàn)C₇₂很是疑惑，但是卻有C₇₂的內(nèi)嵌富勒烯。窄帶寬的富勒烯活性很高，經(jīng)常與其他富勒烯結(jié)合?；瘜W(xué)修飾后的富勒烯衍生物的溶解性增強很多，如PC61BM室溫下在氯苯中的溶解度是50mg/mL。C₆₀和C₇₀在一些溶劑的溶解度列于左表，這里的溶解度通常是飽和濃度的估算值。

導(dǎo)電性

C₆₀常態(tài)下不導(dǎo)電。因為C60大得可以將其他原子放進(jìn)它內(nèi)部，并影響其物理性質(zhì)，因而不可導(dǎo)電。另外，由于C₆₀有大量游離電子，所以若把可作β衰變的放射性元素困在其內(nèi)部，其半衰期可能會因此受到影響。

超導(dǎo)性

在可以大量生產(chǎn)C60后其很多性質(zhì)被發(fā)現(xiàn)，很快Haddon等人 發(fā)現(xiàn)堿金屬摻雜的C₆₀有金屬行為，1991年發(fā)現(xiàn)鉀摻雜的C₆₀在18K時有超導(dǎo)行為，這是迄今最高的分子超導(dǎo)溫度，之后大量的金屬摻雜富勒烯的超導(dǎo)性質(zhì)被發(fā)現(xiàn)。研究表明超導(dǎo)轉(zhuǎn)化溫度隨著堿金屬摻雜富勒烯的晶胞體積而升高。銫可以形成最大的堿金屬離子，因此銫摻雜的富勒烯材料被廣泛研究，Cs₃C₆₀As在38K時有超導(dǎo)性質(zhì)， 不過是在高壓下。常壓下33K時具有最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)化溫度的是 Cs₂RbC₆₀。C₆₀固體超導(dǎo)性的BCS理論認(rèn)為，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度隨著晶胞體積的增加而升高，因為C₆₀分子間的間隔與費米能級N（εF）的態(tài)密度的升高相關(guān)，因此科學(xué)家們做了大量的工作試圖增加富勒烯分子間的距離，尤其是將中性分子插入A3C₆₀晶格中來增加間距同時保持C₆₀的價態(tài)不變。不過，這種氨化技術(shù)意外地得到了新奇的富勒烯插入復(fù)合物的特別的性質(zhì)：Mott-Hubbard轉(zhuǎn)變以及C₆₀分子的取向/軌道有序和磁結(jié)構(gòu)的關(guān)系。 C₆₀固體是由弱相互作用力組成的，因此是分子固體，并且保留了分子的性質(zhì)。一個自由的C₆₀分子的分立能級在固體中只是很弱的彌散，導(dǎo)致固體中非重疊的帶間隙很窄，只有0.5eV。未摻雜的 C₆₀固體，5倍hu帶是其HOMO能級，3倍的t1u帶是其空的LUMO能級，這個系統(tǒng)是帶禁阻的。但是當(dāng)C₆₀固體被金屬原子摻雜時，金屬原子會給t1u帶電子或是3倍的t1g帶的部分電子占據(jù)有時會呈現(xiàn)金屬性質(zhì)。雖然它的t1u帶是部分占據(jù)的，按照BCS理論A4C₆₀ 的t1u帶是部分占據(jù)的應(yīng)該有金屬性質(zhì)，但是它是一個絕緣體，這個矛盾可能用Jahn-Teller效應(yīng)來解釋，高對稱分子的自發(fā)變形導(dǎo)致了它的兼并軌道的分裂從而得到了電子能量。這種Jahn-Teller型的電子-聲子作用在C60固體中非常強以致于可以破壞了特定價態(tài)的價帶圖案。窄帶隙或強電子相互作用以及簡并的基態(tài)對于理解并解釋富勒烯固體的超導(dǎo)性非常重要。電子相互斥力比帶寬大時，簡單的Mott-Hubbard模型會產(chǎn)生絕緣的局域電子基態(tài)，這就解釋了常壓時銫摻雜的C₆₀固體是沒有超導(dǎo)性的。電子相互作用驅(qū)動的t1u電子的局域超過了臨界點會生成Mott絕緣體，而使用高壓能減小富勒烯相互間的間距，此時銫摻雜的C60固體呈現(xiàn)出金屬性和超導(dǎo)性。

關(guān)于C₆₀固體的超導(dǎo)性還沒有完備的理論，但是BCS理論是一個被廣泛接受的理論，因為強電子相互作用和Jahn-Teller電子-聲子偶合能產(chǎn)生電子對，從而得到較高的絕緣體-金屬轉(zhuǎn)變溫度。

磁性

阿勒曼（Allemand）等人在C₆₀的甲苯溶液中加入過量的強供電子有機物四(二甲氨基)乙烯（TDAE），得到了C₆₀(TDAE)C_0.86的黑色微晶沉淀，經(jīng)磁性研究后表明是一種不含金屬的軟鐵磁性材料。居里溫度為16.1K，高于迄今報道的其它有機分子鐵磁體的居里溫度。由于有機鐵磁體在磁性記憶材料中有重要應(yīng)用價值，因此研究和開發(fā)C₆₀有機鐵磁體，特別是以廉價的碳材料制成磁鐵替代價格昂貴的金屬磁鐵具有非常重要的意義。

碳60增強金屬

提高金屬材料的強度可以通過合金化、塑性變形和熱處理等手段，強化的途徑之一是通過幾何交互作用，例如將焦炭中的碳分散在金屬中，碳與金屬在晶格中相互交換位置，可以引起金屬的塑性變形，碳與金屬形成碳化物顆粒，都能使金屬增強。在增強金屬材料方面，C₆₀的作用將比焦炭中的碳更好，這是因為C₆₀比碳的顆粒更小、活性更高，C₆₀與金屬作用產(chǎn)生的碳化物分散體的顆粒大小是0.7nm，而碳與金屬作用產(chǎn)生的碳化物分散體的顆粒大小為2μm～5μm，在增強金屬的作用上有較大差別。

碳60作催化劑

在發(fā)現(xiàn)C₆₀以后，化學(xué)家們開始探討C₆₀用于催化劑的可能性。C₆₀具有烯烴的電子結(jié)構(gòu)，可以與過渡金屬（如鉑系金屬和鎳）形成一系列絡(luò)合物。例如C₆₀與鉑、鋨可以結(jié)合成{[(C₂H₅)₃P]₂Pt}C₆₀和C₆₀OsO₄（四特丁基吡啶）等配位化合物，它們有可能成為高效的催化劑。

日本豐橋科技大學(xué)的研究人員合成了具有高度催化活性的鈀與C60的化合物C60Pd6。中國武漢大學(xué)的研究人員合成了Pt(PPh₃)₂C₆₀ PPh₃為三苯基膦，對于硅氫加成反應(yīng)具有很高的催化活性。

碳60氣體貯存

利用C60獨特的分子結(jié)構(gòu)，可以將C₆₀用作比金屬及其合金更為有效和新型的吸氫材料。每一個C₆₀分子中存在著30個碳碳雙鍵，因此，把C₆₀分子中的雙鍵打開便能吸收氫氣。已知的C₆₀的較穩(wěn)定的C₆₀氫化物有C₆₀H₂₄、C₆₀H₃₆和C₆₀H₄₈。在控制溫度和壓力的條件下，可以簡單地用C₆₀和氫氣制成C₆₀的氫化物，它在常溫下非常穩(wěn)定，而在80℃～215℃時，C₆₀的氫化物便釋放出氫氣，留下純的C₆₀，它可以被100%地回收，并被用來重新制備C₆₀的氫化物。與金屬或其合金的貯氫材料相比，用C₆₀貯存氫氣具有價格較低的優(yōu)點，而且C₆₀比金屬及其合金要輕，因此，相同質(zhì)量的材料，C₆₀所貯存的氫氣比金屬或其合金要多。

C₆₀不但可以貯存氫氣，還可以用來貯存氧氣。與高壓鋼瓶貯氧相比，高壓鋼瓶的壓力為3.9×10⁶Pa，屬于高壓貯氧法，而C₆₀貯氧的壓力只有2.3×10⁵Pa，屬于低壓貯氧法。利用C₆₀在低壓下大量貯存氧氣對于醫(yī)療部門、軍事部門乃至商業(yè)部門都會有很多用途。

碳60光學(xué)材料

由于C₆₀分子中存在的三維高度非定域電子共軛結(jié)構(gòu)使得它具有良好的光學(xué)及非線性光學(xué)性能。如它的光學(xué)限制性在實際應(yīng)用中可作為光學(xué)限幅器。C₆₀還具有較大的非線性光學(xué)系數(shù)和高穩(wěn)定性等特點，使其作為新型非線性光學(xué)材料具有重要的研究價值，有望在光計算、光記憶、光信號處理及控制等方面有所應(yīng)用。還有人研究了C₆₀化合物的倍頻響應(yīng)及熒光現(xiàn)象，基于C₆₀光電導(dǎo)性能的光電開關(guān)和光學(xué)玻璃已研制成功。C₆₀與花生酸混合制得的C₆₀－花生酸多層LB膜具有光學(xué)累積和記錄效應(yīng)。光限制性也對于保護眼睛具有重要意義：因為在增加入射光的強度時，C₆₀會使光學(xué)材料的傳輸性能降低。以C₆₀的光學(xué)限制性為基礎(chǔ)，可研制出光限制產(chǎn)品，它只允許在敏化閾值以下（即對眼的危險閾值以下）的光通過，這樣就起到了保護人眼免受強光損傷的作用。

碳60高分子材料

由于C₆₀特殊籠形結(jié)構(gòu)及功能，將C₆₀作為新型功能基團引入高分子體系，得到具有優(yōu)異導(dǎo)電、光學(xué)性質(zhì)的新型功能高分子材料。從原則上講，C₆₀可以引人高分子的主鏈、側(cè)鏈或與其它高分子進(jìn)行共混，Nagashima等人報導(dǎo)了首例C60的有機高分子C₆₀Pd_n并從實驗和理論上研究了它具有的催化二苯乙炔加氫的性能，Y.Wany報道C₆₀/C₇₀的混和物滲入發(fā)光高分子材料聚乙烯咔唑（PVK）中，得到新型高分子光電導(dǎo)體，其光導(dǎo)性能可與某些最好的光導(dǎo)材料相媲美。這種光電導(dǎo)材料在靜電復(fù)印、靜電成像以及光探測等技術(shù)中有廣泛應(yīng)用。C₆₀摻入聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）可成為很有前途的光學(xué)限幅材料。另外，C₆₀摻雜的聚苯乙烯的光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)行為也有報道。

碳60醫(yī)學(xué)應(yīng)用

（1）用于制造生物活性材料：尼爾森（Nelso等人報道C₆₀對田鼠表皮具有潛在的腫瘤毒性。貝爾 （Baier）等人認(rèn)為C₆₀與超氧陰離子之間存在相互作用。1993年弗萊德曼（Friedman）等人從理論上預(yù)測某些C₆₀衍生物將具有抑制人體免疫缺損蛋白酶HIVP活性的功效，而艾滋病研究的關(guān)鍵是有效抑制HIVP的活性。日本科學(xué)家報道一種水溶性C₆₀羧衍生物在可見光照射下具有抑制毒性細(xì)胞生長和使DNA開裂的性能，為C₆₀衍生物應(yīng)用于光動力療法開辟了廣闊的前景。1994年Toniolo等人報道一種水溶注C₆₀—多肽衍生物，可能在人類單核白血球趨藥性和抑制HIV-1 蛋白酶兩方面具有潛在的應(yīng)用，制得水溶性C₆₀－脂質(zhì)體，發(fā)現(xiàn)其對癌細(xì)胞具有很強的殺傷效應(yīng)。臺灣科學(xué)家報道多羥基C₆₀衍生物—富勒酵具有吞噬黃嘌呤/黃嘌呤氧化酶產(chǎn)生的超氧陰離子自由基的功效，還對破壞能力很強的羥基自由基具有優(yōu)良的清除作用。利用C₆₀分子的抗輻射性能，將放射性元素置于碳籠內(nèi)注射到癌變部位能提高放射治療的效力并減少副作用。

（2）癌細(xì)胞的殺傷效應(yīng)：C₆₀經(jīng)光激發(fā)后有很高的單線態(tài)氧的產(chǎn)率，而單線態(tài)氧與生物機體的生理生化功能、組織損傷、腫瘤以及光化治療技術(shù)都有著重要關(guān)系。當(dāng)對C₆₀的激發(fā)光強度達(dá)到4000lx時，癌細(xì)胞受單線態(tài)氧的作用已接近100%死亡，因此能有效地破壞癌細(xì)胞的質(zhì)膜和細(xì)胞內(nèi)的線粒體中質(zhì)網(wǎng)和核膜等重要的癌細(xì)胞結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致癌細(xì)胞的損傷乃至死亡。還有的研究指出，可以將腫瘤細(xì)胞的抗體附著在C₆₀分子上，然后將帶有抗體的C₆₀分子引向腫瘤，也可以達(dá)到殺傷腫瘤細(xì)胞的目的。

（3）抗病毒作用。人體免疫缺損蛋白酶（HIV-1`protease HIVP）被認(rèn)為是抗病毒療法中主要抑制對象，富勒烯具有抑制 HIVP 活性的功效，而抑制 HIVP活性是研究治療艾滋病的關(guān)鍵。HIVP的活性部分可以近似的描述為一個敞開式圓柱體，線性排列著疏水氨基酸，線性圓柱體的半徑和一個C₆₀分子幾乎相同，但由于富勒烯分子是非極性的，因此將其制備成水溶性的C₆₀或者其衍生物后，就可以嵌入 HIVP 的活性中心。C60衍生物的疏水部分與 HIVP 的活性部位結(jié)合相互起來， 親水部分（極性基團）則在膜表面形成溶劑化層，阻斷了HIVP 的活性中心，從而達(dá)到抑制 HIVP 的目的。

（4）致使 DNA 裂解。核酸含有生物遺傳信息，是一類重要的生物分子，它包括脫氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA兩大類，而 DNA的裂變將引起細(xì)胞凋亡，致使生物體變異。富勒烯具有光物理特性，有很深的顏色，在 UV 和可見光區(qū)顯示了豐富的光化學(xué)行為，在光的激發(fā)下，三線態(tài)C₆₀可產(chǎn)生約一個單位能量，通過能量轉(zhuǎn)換，可形成高產(chǎn)量的單線態(tài)氧1O₂。而三線態(tài)也能氧化富電子底物。試驗發(fā)現(xiàn)，富勒烯衍生物具有專一地切割 DNA的能力。

當(dāng)然DNA的裂解也會使有病或異常增值的細(xì)胞凋亡，通過連接靶向性的官能團，可能使富勒烯的作用發(fā)生在特定的部位，這為治療某些癌癥和一些疑難雜癥提供了一條新的途徑，而從單線態(tài)氧1O₂到單電子轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移機理，標(biāo)志著對作用機理認(rèn)識的深入，隨著富勒烯作用機理的進(jìn)一步揭示，必將會給富勒烯及其衍生物在DNA裂解方面的應(yīng)用帶來深遠(yuǎn)的影響。

（5）清除自由基。C₆₀被喻為吸收游離基的海綿。在某些情況下，生物體需要活性氧來完成生理過程，如吞噬細(xì)菌、凝血酶原合成、肝臟對外來毒物的解毒等。但許多情況下，活性氧積累過剩時，又會產(chǎn)生損傷作用，如氧自由基和H₂O₂能損傷細(xì)胞膜，致使一些細(xì)胞壞死，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多疾病是由氧自由基觸發(fā)的，機體衰老也與此密切相關(guān) Chiang等人報道水溶性的多羥基富勒烯衍生物 fullerenols對消除由黃嘌呤和黃嘌呤氧化酶產(chǎn)生的超氧基有很好的效果， 該富勒烯醇化合物比母體C₆₀減少了它們固有的生物毒性。一些具有電子親和力的富勒烯醇成為合適的試劑，用于生物體系的自由基去除和水溶性的抗氧化劑以減少有病血液中的自由基的濃度和抑制不正常或有病細(xì)胞的生長，試驗表明，當(dāng)溶液中富勒醇的濃度為50mg /L時，對超氧基的清除率可達(dá)到80%，同時通過光譜吸收試驗和化學(xué)發(fā)光技術(shù)試驗還顯示富勒烯醇的存在對黃嘌呤氧化而產(chǎn)生的尿酸的量沒有影響，這意味著它對黃嘌呤氧化酶沒有抑制作用，而直接對超氧基起抑制作用。

碳60其他用途

C₆₀的衍生物C₆₀F₆₀可作為“分子滾珠”和“分子潤滑劑”在高技術(shù)發(fā)展中起重要作用。將鋰原子嵌人碳籠內(nèi)有望制成高效能鋰電池。碳籠內(nèi)嵌人稀土元素銪可望成為新型稀土發(fā)光材料。水溶性釓的C₆₀衍生物有望作為新型核磁造影劑。高壓下C₆₀可轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸?，開辟了金剛石的新來源。C₆₀及其衍生物可能成為新型催化劑和新型納米級的分子導(dǎo)體線、分子吸管和晶須增強復(fù)合材料。C₆₀與環(huán)糊精、環(huán)芳烴形成的水溶性主客體復(fù)合物將在超分子化學(xué)、仿生化學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

由于用C₆₀薄膜做基質(zhì)材料可以制成齒狀組合型的電容器，用它來制成的化學(xué)傳感器具有比傳統(tǒng)的傳感器尺寸小、簡單、可再生和價格低等優(yōu)點，可能成為傳感器中頗具吸引力的一種候選產(chǎn)品。

富勒烯還具有記憶性，可以用做記憶材料。

材料名稱：60Mn 統(tǒng)一數(shù)字代號：U21602 材料類型：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 699-1999

●特性及應(yīng)用舉例：

強度.硬度.彈性和淬透性比60稍高，退火態(tài)可切削性良好，冷變形塑性和焊接性差。具有過熱敏感和回火脆性傾向。 適用于大尺寸螺旋彈簧.板簧.各種圓扁彈簧.彈簧環(huán)片，冷拉鋼絲及發(fā)條。

●化學(xué)成份： 碳 C ：0.57-0.65

硅 Si：0.17-0.37

錳 Mn：0.70-1.00

鉻 Cr：≤0.25

鎳 Ni：≤0.30銅 Cu：≤0.25