描述
开 本: 16开纸 张: 铜版纸包 装: 精装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787122321411丛书名: 纳米材料前沿
第1章金属富勒烯的结构与特性001
1.1 金属富勒烯的发现 002
1.2 金属富勒烯家族 004
1.2.1 单金属内嵌富勒烯 004
1.2.2 双金属内嵌富勒烯 008
1.2.3 金属团簇内嵌富勒烯 009
1.3 金属富勒烯的结构特性 017
1.3.1 内嵌金属富勒烯的几何构型 017
1.3.2 电子转移与结构稳定性 023
1.3.3 独立五元环规则 024
1.4 小结 029
参考文献 030
第2章金属富勒烯的制备与分离035
2.1 富勒烯制备简介 036
2.2 金属富勒烯的制备 037
2.2.1 金属氮化物内嵌富勒烯的合成 038
2.2.2 金属碳化物内嵌富勒烯的合成 040
2.2.3 金属氧化物内嵌富勒烯的合成 040
2.2.4 金属硫化物内嵌富勒烯的合成 041
2.2.5 金属氰化物内嵌富勒烯的合成 041
2.2.6 金属碳氢化物内嵌富勒烯的合成 042
2.2.7 金属碳氮化物富勒烯的合成 042
2.3 金属富勒烯的分离 042
2.3.1 提取方法 043
2.3.2 色谱分离法 044
2.3.3 化学分离法 046
2.4 小结 049
参考文献 049
第3章金属富勒烯的表征055
3.1 光谱方法 056
3.1.1 吸收光谱法 056
3.1.2 红外光谱法 058
3.1.3 拉曼光谱法 060
3.2 核磁共振技术 062
3.3 单晶X 射线衍射技术 066
3.4 理论计算方法 068
3.4.1 预测金属富勒烯结构 069
3.4.2 电荷转移 072
3.4.3 成键和光谱特性 075
3.5 小结 076
参考文献 077
第4章金属富勒烯的磁性081
4.1 顺磁性的金属富勒烯及其电子顺磁共振研究 082
4.1.1 顺磁性的内嵌单金属富勒烯 083
4.1.2 顺磁性的内嵌金属团簇富勒烯 084
4.1.3 金属富勒烯的自旋活化 086
4.1.4 金属富勒烯的自旋与顺磁性调控 091
4.2 金属富勒烯的磁性与单分子磁体 095
4.2.1 金属富勒烯的顺磁性 096
4.2.2 内嵌金属富勒烯的单分子磁体性质 097
4.3 金属富勒烯磁性的应用 099
4.3.1 量子计算与信息存储 099
4.3.2 分子开关 100
4.3.3 磁场感知 101
4.4 小结 102
参考文献 102
第5章金属富勒烯的电学与发光性质107
5.1 金属富勒烯的电化学特性 108
5.2 金属富勒烯的半导体特性 114
5.2.1 有机太阳能电池材料 114
5.2.2 场效应晶体管材料 115
5.2.3 热电器件材料 117
5.2.4 单分子器件 118
5.2.5 其他分子电子功能 119
5.3 金属富勒烯的发光特性 121
5.3.1 镧系金属富勒烯的发光 121
5.3.2 镧系金属富勒烯的发光与磁性调控 123
5.3.3 锕系金属富勒烯的发光 124
5.3.4 其他金属富勒烯的发光 125
5.4 小结 126
参考文献 126
第6章金属富勒烯的复合分子体系131
6.1 金属富勒烯的给受体分子 132
6.2 金属富勒烯在不同介质中的电子特性 136
6.3 金属富勒烯的主客体体系 139
6.4 小结 142
参考文献 143
第7章金属富勒烯的化学反应性147
7.1 环加成反应 148
7.1.1 硅烷基化反应 148
7.1.2 1,3- 偶极环加成反应 149
7.1.3 Diels-Alder 环加成反应 151
7.1.4 Bingel-Hirsch 反应 152
7.1.5 金属富勒烯与卡宾的加成反应 152
7.1.6 碳自由基加成反应 153
7.2 单键加成反应 153
7.3 水溶化修饰 155
7.4 小结 159
参考文献 159
第8章金属富勒烯磁共振成像造影剂应用165
8.1 单金属钆内嵌富勒烯造影剂 166
8.2 钆氮化物内嵌富勒烯造影剂 177
8.3 小结 179
参考文献 179
第9章金属富勒烯肿瘤治疗应用185
9.1 金属富勒烯抑制肿瘤生长 188
9.2 金属富勒烯肿瘤血管阻断治疗 193
9.3 小结 200
参考文献 201
第10 章富勒烯和金属富勒烯在其他生物医学领域的应用205
10.1 富勒烯在抗自由基和细胞保护中的应用 206
10.2 富勒烯在氧化损伤保护中的应用 210
10.2.1 在辐射损伤保护中的应用研究 210
10.2.2 在化学药物损伤保护中的应用研究 211
10.2.3 在抗氧化损伤机制中的研究 216
10.3 富勒烯的光动力治疗研究 218
10.4 其他生物学应用 224
10.5 金属富勒烯生物体内代谢分布行为研究 226
10.6 小结 227
参考文献 227
索引 231
金属富勒烯是将金属原子或含有金属的团簇嵌入到富勒烯笼内形成的新奇结构。由于富勒烯外壳对内嵌金属原子（团簇）的保护作用以及两者之间的电子转移，金属富勒烯具有许多独特的物理化学特性，在信息、能源、生物医药等领域具有广阔的应用前景。近年来随着金属富勒烯宏量生产技术的突破，可以预期在不久的将来必会形成新的研究热潮。
笔者有幸于1997 年在日本名古屋大学做博士后期间进入金属富勒烯这一研究领域，之后到德国德累斯顿固体研究所继续研究这一课题。2002 年初，笔者回国并在中国科学院化学研究所建立自己的富勒烯研究室，历经二十载，参与和见证了金属富勒烯学科成长过程中的许多关键时刻。金属富勒烯的发展可大致归结为三个阶段。
个阶段是金属富勒烯发现后的十五年。1985 年，Kroto
和Smalley 等人模拟宇宙星云的高真空、高能量环境，利用激光溅射真空室内石墨块的方法，次发现了足球结构的富勒烯分子。随即他们就想到笼状的富勒烯应该能够嵌入金属原子，于是他们将石墨块在LaCl3溶液中浸泡后再用激光溅射，首次发现了La@C60 对应的质谱峰，从此开启了金属富勒烯的时代。在此后的十五年里，科学家们将主要精力放在什么样的金属原子能够置入富勒烯笼内，结果发现大部分稀土金属和一些锕系金属能够形成金属富勒烯，而大部分过渡金属无法形成稳定的金属富勒烯分子。
金属富勒烯研究的第二个阶段是1999 年开始的第二个十五年。1999
年，美国科学家Dorn 等人在合成金属富勒烯时真空装置不慎漏入空气，偶然发现了金属氮化物内嵌富勒烯，同时笔者在日本名古屋大学Shinohara 教授实验室紧接着发现了金属碳化物富勒烯结构。由此，金属富勒烯研究进入了金属与非金属化合物团簇内嵌富勒烯时代。之后，金属氧化物、金属硫化物、金属氰化物等内嵌富勒烯相继被发现。2000年，笔者和Dorn 实验室又各自独立发现金属富勒烯结构可以打破稳定富勒烯必须遵守的著名独立五元环规则，引发了另一个改变金属富勒烯碳笼结构的研究热点。因此，这个阶段的主要特点是探索新结构的金属富勒烯，不断为这一分子家族增添新的成员。当然，金属富勒烯的物化性质研究也在这一阶段逐步展开，特别是以金属富勒烯光电磁特性为代表的新功能研究迅速发展。
俗话说“三十而立”，2015 年，金属富勒烯新结构的研究渐渐落潮，逐步进入金属富勒烯应用腾飞的第三个阶段。这一年，依托中国科学院化学研究所的金属富勒烯生产与纯化技术，国际条金属富勒烯生产线在厦门福纳新材料公司建成，为金属富勒烯应用研究的下一个黄金十五年奠定了物质基础。由于有了充足的Gd@C82 原料，同年笔者实验室在利用金属富勒烯作为磁共振造影剂做动物实验时，次将造影剂浓度提高了10 多倍到毫摩尔量级，结果惊奇地发现经过磁共振造影后，荷瘤小鼠的肿瘤很快就坏死了。进一步研究发现金属富勒烯在射频辅助下能够特异性地摧毁肿瘤血管。近几年来，以金属富勒烯抗肿瘤为代表的应用研究陡然加速，产业资本已经全面介入，金属富勒烯造福人类的日子已经悄悄来临。
作为从事金属富勒烯研究二十年的老兵，笔者已经将自己的科学生涯与这一先进纳米材料融为一体，而金属富勒烯也是值得终身为之奉献的材料。本书写成在金属富勒烯新结构研究黄金十五年落潮和应用研究全面腾飞交际之时，希望能够对当前阶段的研究做些总结，吸引更多的年轻科学工作者加入到金属富勒烯应用研究的热潮之中。
感谢化学工业出版社和“纳米材料前沿”编委会主任万立骏院士的组织，让金属富勒烯的阶段性研究成果以中文的形式出版。希望借此书，向国内广大读者展示金属富勒烯的特色，促进学科交叉，共同推动我国纳米材料科学技术的发展。本书包含十章，主要介绍了金属富勒烯的特色和研究热点，包括制备、表征、结构、磁性、电学、发光、给受体、主客体、反应性、医学成像、肿瘤治疗等内容。本书的编写，得到了蒋礼、吴波、李杰、赵富稳四位博士以及研究生蒙海兵、赵冲、聂明哲、贾旺、李蕾、刘帅、周悦、李雪的协助，在此一并致以谢意。
囿于时间和能力，书中难免欠缺和疏漏之处，望专家和读者见谅并不吝赐教。
王春儒
2018年5月21日于北京
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