富勒烯(Fullerene)是一種完全由碳組成的中空分子,形狀呈球型、橢球型、柱型或管狀。富勒烯在結構上與石墨很相似,石墨是由六元環(huán)組成的石墨烯層堆積而成,而富勒烯不僅含有六元環(huán)還有五元環(huán),偶爾還有七元環(huán)。
一、富勒烯的概況
富勒烯(Fullerene)是一種完全由碳組成的中空分子,形狀呈球型、橢球型、柱型或管狀。富勒烯在結構上與石墨很相似,石墨是由六元環(huán)組成的石墨烯層堆積而成,而富勒烯不僅含有六元環(huán)還有五元環(huán),偶爾還有七元環(huán)。根據碳原子的總數不同,富勒烯可以分為C??、C??、C??、C??、C??等。其中,最小的富勒烯是C??。C??高度對稱的籠狀結構使其具有較高的穩(wěn)定性,因此在富勒烯家族中研究最為廣泛。
在富勒烯發(fā)現之前,碳的同素異形體的只有石墨、金剛石、無定形碳(如炭黑和炭),它的發(fā)現極大地拓展了碳的同素異形體的數目。富勒烯和碳納米管獨特的化學和物理性質以及在技術方面潛在的應用,引起了科學家們強烈的興趣,尤其是在材料科學、電子學和納米技術方面。富勒烯因其獨特的零維結構,是近年來最重要的含碳納米材料之一。同時,富勒烯具有特殊的光學性質、電導性及化學性質,因此富勒烯及其衍生物在電、光、磁、材料學等方面都得到了廣泛的應用。
富勒烯在大部分溶劑中溶解得很差,通常用芳香性溶劑,如甲苯、氯苯,或非芳香性溶劑二硫化碳溶解。純富勒烯的溶液通常是紫色,濃度大則是紫紅色,C70的溶液比C60的稍微紅一些,因為其在500nm處有吸收;其他的富勒烯,如C76、C80等則有不同的紫色。富勒烯是迄今發(fā)現的唯一在室溫下溶于常規(guī)溶劑的碳的同素異性體。
富勒烯具有抗氧化活性和細胞保護作用、抗菌活性、抗病毒作用,能夠用于負載藥物和腫瘤治療,同時,富勒烯也是一種有效的自由基清除劑和抗氧化劑,對富勒烯進行化學修飾得到的富勒烯衍生物具有良好的水溶性及生物活性。另外,由于富勒烯能夠親和自由基,因此個別商家將水溶性富勒烯分散于化妝品,在化妝品制備中作為抗氧化因子。
目前,富勒烯在化妝品領域的應用最為成熟,根據數據顯示,2017年中國富勒烯化妝品數量為249款,企業(yè)數量為70家,2018年中國富勒烯化妝品數量約為8000款,企業(yè)數量在700家左右。
與其他成分相比,富勒烯成分可以在肌膚老化連鎖反應源頭就吸附、掃除自由基,降低人體的老化反應,且是維他命的125倍。2008年,中國抗衰老市場銷售額在122億元左右,預計到2020年中國抗衰老市場銷售額突破800億元。
富勒烯材料因具有高電子遷移率、可調控的能級以及低溫成膜等特性,所以它在鈣鈦礦太陽能電池中充當關鍵的電子傳輸層材料。富勒烯衍生物與卟啉、二茂鐵等富電子基團共價或非共價形成多元體,用于研究分子內能量、電荷轉移、光致能量和電荷轉移。
截至到2018年中國富勒烯行業(yè)專利公開專利量為620件,專利申請專利量為570件。從國內區(qū)域分布情況來分析,在富勒烯專利申請數量上,北京、江蘇、廣東位居前三,占據國內富勒烯專利申請數量的一半以上,對富勒烯產業(yè)將來的發(fā)展較為重視,走在其他省市之前。
根據中研普華產業(yè)研究院發(fā)布的《2022-2027年中國富勒烯行業(yè)市場深度調研及投資策略預測報告》顯示:
在專利申請人申請量排名中,中國科學院化學研究所的表現最為突出共申請專利140件,海洋王照明科技股份有限公司(排名第二)與深圳市海洋王照明技術有限公司(排名第三),分列第二與第三位。
2022年,廈大化學化工學院謝素原院士、袁友珠教授團隊發(fā)現“納米王子”——富勒烯的新功能,從而打通乙二醇常壓合成的“卡點”。這一歷時七年的研究成果,發(fā)表在2022年4月15日出版的美國的《科學》雜志。此次,廈大科學家發(fā)現了C60的另一角色——作為與過渡金屬催化相結合的“電子緩沖劑”。這一成果首次將C60作為電子緩沖劑改性銅基催化劑,打通了從合成氣制備乙二醇的常壓加氫催化技術難關,完成了在近常壓和低于200℃的條件下草酸二甲酯加氫制備乙二醇的規(guī)?;囼?。用大白話說,廈大科學家的研究成果意義在于:利用富勒烯打通乙二醇常壓合成的“卡點”。
2022年11月,中國礦業(yè)大學科研團隊發(fā)現外徑約55納米的天然洋蔥狀富勒烯,即“碳洋蔥”,這是目前地球上發(fā)現的最大的天然“碳洋蔥”。
據了解,目前世界上僅有為數不多的國家實現富勒烯量產,其中,美國有少數幾家公司生產,產量為公斤級,售價非常昂貴;俄羅斯有2家公司生產,產量為公斤級,成本很高;日本三菱公司的富勒烯產量在國際上首次達到噸級,但主要用于國內軍工,并不外售;富勒烯基礎材料產業(yè)的經濟價值巨大,國外市場上富勒烯相關產品的售價從300元至數萬元/克不等,且銷售被嚴格控制。
隨著國內疫情得到良好的控制,國內經濟開始回歸到正常水平,預計未來化工新材料行業(yè)也將恢復高速增長。預計到2026年,國內化工新材料行業(yè)市場規(guī)模將達到7.5萬億元。
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2022-2027年中國富勒烯行業(yè)市場深度調研及投資策略預測報告
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