ФУЛЛЕРЕН, ЭНДОЭДРАЛЬНЫЙ

молекула фуллерена, внутрь углеродного каркаса которой заключены один или несколько атомов или простейших молекул

Эндоэдральные фуллерены можно разделить на три группы:

1. эндоэдральные фуллерены, содержащие атомы неметаллов или простейшие молекулы (например, азот, фосфор, гелий, ксенон, СО и др.);
2. эндоэдральные фуллерены, содержащие атомы металлов – эндоэдральные металлофуллерены (ЭМФ);
3. эндоэдральные фуллерены, содержащие кластер M₃N (где M = Sc, Y или лантаноиды), – триметаллонитридные эндоэдральные фуллерены (ТМН ЭФ).

Эндоэдральные фуллерены синтезируют двумя способами:

• Первый способ состоит в создании таких условий, когда уже в процессе синтеза фуллеренов некоторая доля молекул C_n оказывается заполненной атомами или молекулами, присутствующими в зоне синтеза.
• Второй способ основан на внедрении атомов или молекул внутрь углеродного каркаса уже готовых молекул фуллерена.

К первому способу относятся электродуговое и лазерное испарение графита, допированного атомами металлов (подгруппы кальция и подгруппы скандия) в атмосфере гелия.Электродуговой метод, разработанный изначально для получения «пустых» фуллеренов, в настоящее время является основным методом синтеза ЭМФ в макроскопических количествах (выход достигает нескольких процентов). Наиболее эффективен этот метод для получения ЭМФ тех металлов, которые образуют карбиды или ацетилиниды, т.е. металлов подгруппы кальция и подгруппы скандия, в том числе - актиноидов. ТМН ЭФ также получают электродуговым испарением графита, допированного атомами металлов (подгруппы скандия) в атмосфере гелия, содержащей небольшое количество азота или аммиака (около 1 об.%). Образование ЭМФ и ТМН ЭФ характерно для молекул высших фуллеренов (C₇₆, C₇₈, C₈₀, C₈₄ и др.).

Ко второму способу относятся газовый синтез и ионная имплантация. В первом случае образец фуллерена длительное время выдерживается в атмосфере газа при высокой температуре (600-1000 ^оС) и давлении (несколько тысяч атмосфер), в результате чего часть молекул фуллерена заполняется молекулами газа. Во втором случае фуллерен подвергается бомбардировке ионами того элемента, который должен быть внедрен в углеродный каркас молекулы фуллерена. Эти методы характеризуются очень низкими выходами ЭФ, не превышающими 0,1%, но позволяют синтезировать ЭФ, содержащие атомы щелочных металлов, атомарный азот или фосфор, атомы благородных газов и др. с заданным углеродным каркасом.

Эндоэдральные фуллерены выделяют из сажи экстракцией органическими растворителями (толуол, о-ксилол, сероуглерод, о-дихлорбензол, N,N-диметилформамид и др.). Полученные экстракты затем разделяют на отдельные фракции методом многостадийной высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Для обозначения эндоэдральных фуллеренов используется формула М_m@С_n где М - инкапсулированный атом или молекула, а нижние индексы m и n указывают на число таких атомов (или молекул) и атомов углерода в молекуле фуллерена соответственно. Рекомендуемое IUPAC название, например, для La@C₈₂ – "[82] fullerene-incar-lanthanum" записывается в виде i LaC₈₂, но редко встречается в литературе.

• Гусев Александр Иванович, д.ф.-м.н.
• Кареев Иван Евгеньевич, к.х.н.

1. Кольтовер В.К. "Эндоэдральные фуллерены: от химической физики к нанотехнологии и медицине" // Вестник РФФИ - № 59(3), 2008 - С. 54-71
2. Heath J.R., O`Brien S.C., Zhang Q., Lui Y., Curl R.F., Kroto H.W., Smalley R.E. Lanthanum Complexes of Spheroidal Carbon Shells // J. Am. Chem. Soc. - №107, 1985 - P. 7779-7782
3. Shinohara H. Endohedral metallofullerenes // Reports on Progress in Physics - № 63, 2000 - P. 843-892
4. Елецкий А.В. Эндоэдральные структуры // УФН - № 170, 2000 - С. 113 - 142