聚合物与元素替代效应

富勒烯家族包含了众多的成员，尤其是具有与 C60 相似结构的中空球状分子形成一个富勒烯分子系列，这些不同大小的分子之间是否存在某种联系及相互转换关系呢？美国加州大学的叶利兹安等人已经发现由较小的富勒烯分子（如 C60，C70 等）发生聚合反应可以生成更大的分子.他用激光轰击富勒烯薄膜，使其内部的 C60 和 C70 蒸发，然后设法使它们发生相互碰撞，打开它们的笼，使它们像肥皂泡一样地聚合形成从 C70 到 C400（甚至更大）的新富勒烯分子系列.这不仅为制备巨型富勒烯分子提供了行之有效的方法，而且说明富勒烯分子之间能发生聚合反应，有助于了解富勒烯的形成机制及它们之间的相互关系.

在金属—碳烯中，相当于用金属原子部分取代 C20 中的碳原子得到稳定的金属-碳原子团簇分子.由12 个五边形形成的C20 从化学键方面考虑似乎很

难保持稳定，而金属原子的部分替代正好满足了其结构稳定性的要求.对于本身具有稳定结构的 C60 分子来说，是否可以用其他原子替代碳原子形成稳定的团簇呢？美国纽约州立大学的研究人员通过理论计算证明可以用 24 个硼

原子和 24 个氮原子替代 C60 中的 48 个碳原子，形成新的团簇分子——碳硼

氮球（CBNball）.这种分子的每个五边形包含了 2 个硼原子，2 个氮原子和 1

个碳原子，如图 4-9 所示.研究者从理论上推断，这种碳硼氮球在许多方面与

巴基球相似，而且比巴基球更稳定.他们进一步指出，由 30 个硼原子和 30 个氮原子取代 C60 分子中的所有碳原子形成的分子——硼氮球（BNball）也应该是稳定的.这些设想引起了人们的关注，科学家正试图从实验上合成这种碳硼氮球.

图 4-9 碳硼氮球的分子结构，其中白球表示氮原子带阴影的球表示硼原子，黑球表示碳

原子，每个五圆环由 2 个氮原子、

2 个用原子和 1 个碳原子组成.

C60 的化学修饰是一个十分丰富的研究领域，是富勒烯比学的一个重要的研究方向.富勒烯的衍生物为富勒烯的应用开辟了广阔的前景，这些性能优异的新材料很可能在未来的科技领域大显身手，造福于人类.