碳富勒烯水溶性復(fù)合物固體材料的制備

吳現(xiàn)成

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.124

摘 要：該文使用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）與C60組成電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物，不但制備出了C60水溶液，而且還成功地制備出了C60水溶性固體材料，采用UV-VIS光譜、紅外光譜對(duì)水溶液和其固體特性分別做了初步研究和表征。實(shí)驗(yàn)表明C60在PVP的水溶液中最大濃度約為400 ?g/mL，把C60-PVP水溶性復(fù)合物制備成固體，將給復(fù)合物的深入研究、保存、運(yùn)輸和應(yīng)用等創(chuàng)造許多有利條件。

關(guān)鍵詞：C60 富勒烯 水溶性 復(fù)合物 固體

中圖分類號(hào)：TQ233 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（b）-0124-02

C60富勒烯分子中的60個(gè)碳原子處于等價(jià)位置，形成12個(gè)五邊形和20個(gè)六邊形，相間分布連接成32面體籠狀結(jié)構(gòu)[1]，C60富勒烯這種具有烯烴電子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了C60的疏水性，限制了C60在生物等領(lǐng)域的應(yīng)用，到目前為止，僅見到極有限的幾篇報(bào)道制備出了C60水溶液[2-7]，還沒有見到C60水溶性固體材料的報(bào)道。該文使用聚乙烯吡咯烷酮與C60組成電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物，不但制備出了C60水溶液，而且還成功地制備出了C60水溶性固體材料并對(duì)其特性做了初步研究和表征。C60水溶性固體材料的制備成功，拓寬了C60的研究范圍，相信在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)以及新藥物的研究應(yīng)用方面具有十分重要的意義。

1 C60水溶液電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物的制備和表征

1.1 C60-PVP水溶液的制備及檢驗(yàn)

按一定比例稱取C60和聚乙烯吡咯烷酮（PVP），分別將其溶于甲苯及三氯甲烷中，然后將這兩種溶液充分混合，置于低真空中使有機(jī)溶劑完全揮發(fā)，向殘余物中加入去離子水，用超聲處理使其充分溶解，將溶液進(jìn)一步過濾，就得到澄清的棕黃色溶液，即C60與PVP所形成的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物水溶液。該水溶液可在室溫下長期穩(wěn)定存在。

1.2 C60-PVP水溶液的UV-VIS光譜

取少量C60的PVP水溶液并用水稀釋，以去離子水作參比物，在日本產(chǎn)UV—240紫外—可見分光光度計(jì)上作分析，測試結(jié)果隨著PVP的濃度的增加，在284 nm、337 nm處C60的強(qiáng)特征吸收峰都產(chǎn)生了紅移。由此可見在C60-PVP之間發(fā)生了電荷轉(zhuǎn)移，C60與PVP形成穩(wěn)定的包結(jié)物，存在于水中。

1.3 C60-PVP水溶液中最大C60含量的測定

利用UV-VIS光譜可以大致確定C60-PVP水溶液中C60 含量的最大值。固定PVP的濃度（2.85×10-5M/mL）不變，制備一系列不同C60含量的C60-PVP水溶液，將這些水溶液用去離子水稀釋，并以去離子水作參比物，在UV-VIS光譜儀上測定284 nm或337 nm處的紫外吸收值，作光吸收曲線。測試結(jié)果表明，284 nm或337 nm處的紫外吸收值隨著C60濃度的增加基本上呈現(xiàn)線性增加，當(dāng)C60濃度超過一定值后，光吸收值基本上不再變化，并且C60濃度太大時(shí)，溶液中明顯有黑色固體物質(zhì)析出。經(jīng)驗(yàn)證，這些黑色固體物質(zhì)就是C60，說明此時(shí)C60在溶液中已達(dá)到飽和濃度。圖1示出了測試結(jié)果。如果將光吸收值線性增加部分和基本上不再變化部分的交點(diǎn)看作是判斷C60達(dá)到飽和濃度的標(biāo)準(zhǔn)，則從圖1上可以得到C60在PVP的水溶液中最大濃度約為400 ?g/mL。

2 C60水溶性固體復(fù)合物的制備和表征

為了促使C60和PVP之間的電荷充分轉(zhuǎn)移，尤其是為了探討新材料的制備方法以及其對(duì)性能進(jìn)行深入的研究，我們成功地有目的地制備出了C60-PVP水溶性固體，并對(duì)其性能作了初步表征。

2.1 C60-PVP水溶性固體的制備

C60-PVP水溶性固體的制備過程分為以下幾個(gè)步驟。

第一步：按前面敘述的方法配制C60-PVP的甲苯/三氯甲烷有機(jī)溶液。

第二步：將配制好的有機(jī)溶液盛于50 mL的燒瓶中，油浴加熱到甲苯的沸點(diǎn)以上（>120 oC）進(jìn)行回流?；亓鬟M(jìn)行到1小時(shí)左右時(shí)，通常在溶液表面可見到漂浮著類似油脂狀的粘稠物質(zhì)，呈黃褐色，在絳紫色的C60-PVP甲苯/三氯甲烷有機(jī)溶液中格外引人注目。隨著回流時(shí)間的延長，這些粘稠物質(zhì)的量不斷增多，顏色也在加深，經(jīng)過3～5 h以后，絳紫色溶液大部分變?yōu)榧t褐色油脂狀的粘稠物質(zhì)，此時(shí)這些粘稠物質(zhì)沉積在燒瓶底部而不再漂浮于溶液表面。

第三步：C60-PVP的甲苯/三氯甲烷有機(jī)溶液經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)的油浴回流后，改為油浴蒸發(fā)，以使有機(jī)溶劑蒸發(fā)走，以便得到固體物質(zhì)。為了預(yù)防高溫對(duì)固體物質(zhì)造成不良影響，蒸發(fā)時(shí)應(yīng)降低油浴溫度，剛好使甲苯沸騰即可，并且注意不要將溶液完全蒸發(fā)干，應(yīng)留少許溶液在固體物質(zhì)的表面。然后將燒瓶放入烘箱，溫度保持在60 ℃～90 ℃之間，最好不要超過100 oC，烘3～6 d，以便使有機(jī)溶劑完全揮發(fā)。

第四步：待溶劑揮發(fā)完后，向燒瓶中注入去離子水，不斷振蕩或進(jìn)行超聲處理，以使固體物質(zhì)充分溶解。然后再進(jìn)行過濾，即可得到橙黃或淡黃色C60-PVP水溶液。

第五步：將得到的C60-PVP水溶液放入烘箱或在低真空中干燥處理，即可得到C60-PVP水溶性固體物質(zhì)。

2.2 C60-PVP水溶性固體的研究

在C60-PVP水溶性固體的制備過程中，某些試驗(yàn)現(xiàn)象和C60與PVP的摩爾比有關(guān)。當(dāng)C60與PVP等摩爾混合時(shí)，過濾制得C60-PVP水溶液后，在慮紙上發(fā)現(xiàn)有黑色沉積物，經(jīng)驗(yàn)證為沒有參與反應(yīng)的C60。當(dāng)C60與PVP的摩爾比等于1/2時(shí)，其有機(jī)溶液經(jīng)過回流、蒸發(fā)，得到的是紅黃色固體，見水變成黃色膠體，在水中溶解非常緩慢，振蕩或進(jìn)行超聲處理可加快溶解，其水溶液呈現(xiàn)鮮艷的金黃色，沒有濾出多余C60。摩爾比等于1/3時(shí)，有機(jī)溶液經(jīng)過4 h的回流后，仍為淡紫色，表面漂浮著一層土褐色油脂狀粘稠物質(zhì)，而不是沉積在燒瓶底部。

使用美國產(chǎn)Nicolet170SX紅外光譜儀在室溫下對(duì)部分C60-PVP水溶性固體物質(zhì)進(jìn)行了紅外測量，結(jié)果表明：C60的4個(gè)紅外活性膜的振動(dòng)頻率527、577、1184和1428 cm-1，有3個(gè)與PVP的重合，并且由于C60含量太少，其紅外特征吸收峰被PVP所掩蓋。但仍然可以看出C60的影響，隨著C60含量的增加，所有吸收峰都有不同程度的增大，整個(gè)譜線下移。

實(shí)驗(yàn)表明采用回流和蒸發(fā)的方法制備C60-PVP水溶性固體，可以有效地加強(qiáng)C60與PVP之間的電荷轉(zhuǎn)移，而不影響C60在水溶性電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物中的特性，回流和蒸發(fā)的方法對(duì)制備C60-PVP水溶性固體是一種簡單、方便、而又行之有效的方法。把C60-PVP水溶性電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物制備成固體，優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，將給復(fù)合物的深入研究、保存、運(yùn)輸和應(yīng)用等創(chuàng)造許多有利條件。

參考文獻(xiàn)

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