【所属领域】
新材料
【技术背景】
富勒烯碳笼内部可包入多种金属原子或团簇，形成一种新的杂化分子，被称为内包金属富勒烯。由于金属的存在及对碳笼的影响，内包金属富勒烯的结构复杂、性质奇特，在生物医学及能源催化等领域具有巨大的应用前景。但其制备和分离流程复杂，产率低下且纯化困难，成为当前限制其应用的关键瓶颈。目前，常用的分离方法是采用高效液相色谱法（HPLC）分离，由于HPLC分离的大部分工作集中在分离空心富勒烯和内包金属富勒烯上，因而对内包金属富勒烯的分离效率低下，且成本高、耗时长。如何快速高效地分离内包金属富勒烯成为本领域急需解决的难题。
【成果介绍】
本成果研制了一种内包金属富勒烯的制备及分离方法，利用空心富勒烯和内包金属富勒烯第一还原电位的差异，仅需通过简单的与路易斯酸搅拌、过滤及重新水解流程，即可不受量的限制，在短时间内快速分离大量的包含内包金属富勒烯的富勒烯混合物，得到大量内包金属富勒烯富集物。本成果可实现内包金属氮化物富勒烯的高产率及快速纯化，为规模化的内包金属富勒烯应用提供保障。
【技术优势】
传统内包金属氮化物富勒烯的制备过程需要严格控制电弧炉腔体内真空度、气氛条件及放电参数，费时费力且重复性差。较传统方法，本成果最大特点是首创空气体系，其技术优势体现在：
a、直接利用空气作为放电气氛，无需真空处理，无需清洗气路，省时高效。
b、空气的无成本性，较传统方法中昂贵的氦气和氮气相比，使得本成果制备成本极大降低。
c、空气体系下烧蚀碳棒后所得原灰中的内包金属氮化物簇富勒烯含量大幅提高；
d、无需考虑传统制备方法中的调控气体比例这一环节，允许直流电电流变化，也允许阳极碳棒中金属粉末和碳粉的比例变化，适用性极强的特点为工业生产提供了技术支撑。
本成果与传统方法最优条件下所得富勒烯溶质绝对质量对比图
应用本成果方法将内包金属钇富勒烯的快速分离前后的质谱图对比
【应用场景】
本成果在内包金属富勒烯高效制备与快速分离技术上实现突破，为其规模化应用奠定基础。内包金属富勒烯的球形分子结构和大共轭的电子分布赋予了其独特的物理化学性质；此外，利用其超有序自组装等特性更可构筑出多种多样的内包金属富勒烯基晶态微纳结构材料，本成果可应用于面向可再生能源与氢能技术领域的能源催化材料、光电转化中的传感器、分子磁体等场景。
【市场前景】
富勒烯和石墨烯同属新型碳材料，已广泛应用于电子、能源、飞机、能源和国防等领域，例如润滑油添加剂、太阳能电池、磁共振造影剂等。近年来，富勒烯作为新一代抗氧化剂，在化妆品、保健品的宣传推广中出镜率持续走高。据统计到2025年底，全球富勒烯市场规模将达到7.4亿美金。本成果所制备的内包金属富勒烯是一种新型金属和碳杂化材料，结合了传统过渡金属和sp2碳材料各自的优势，二者在当前可再生能源、催化、生物等领域的应用无所不在，具有很好的市场应用前景。
【知识产权】
该成果已申请多项中国发明专利，下表是部分展示：
【合作方式】
技术开发、技术服务、技术许可、技术转让、技术入股、面谈
【专家介绍】
卢兴，华中科技大学教授，材料科学与工程学院副院长；获第十二届“中华人民共和国驻日本大使奖”（2009）和第七届日本富勒烯学会“大泽赏”（2011）。长期从事新型碳基复合材料的宏量可控制备、结构性能调控及能源、生物应用等方面的研究工作，取得了一系列有影响的结果，受到诸如诺贝尔奖得主Kroto教授和美国化学会主席Echegoyen教授等知名学者的高度评价；成果入选美国化学会志“Spotlight”及英国皇家学会 ‘2019 HOT Article Collection’等。在J. Am. Chem. Soc.（20篇），Angew. Chem. Int. Ed.（15篇）等国际知名期刊发表论文180余篇，主编专著4部，参编5部，受邀撰写综述10余篇。5次担任国际会议主席，邀请报告及受邀讲学数十次。2011年底加入华中科技大学，组建“新型碳材料研究中心”，现有教授8人，研究人员80余人；另有多名国际著名科学家做为团队顾问，如中日美三国院士Sumio Iijima博士、美国化学会主席Luis Echegoyen教授、Science副主编 美国工程院院士Ray Baughman教授、ACS Nano副主编 美国科学院院士Yury Gogotsi教授、Nanoscale主编Dirk Guldi教授和美国德州大学江隆永教授等。
【联系方式】
成果编号：CG22013
