厦门大学的富勒烯化学
提出了以氯原子稳定相邻五元环上活泼碳原子的方法
郑兰荪、谢素原团队
Science
2004, 304, 699
Nat. Chem. 2009, 1, 450.
Nat. Commun. 2011, 2, 420.
JACS
2010, 132, 12648.
Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 5340.
第三章、硼族、碳族元素
1
主要内容
➢ 元素概述 ➢ 单质 ➢ 硼化物/碳化物 ➢ 氢化物
➢卤化物 ➢ 氧化物 ➢ 价态问题
2
3.1 概述
III A B为非金属单质，
B Al, Ga, In, Tl是金属
Al 氧化态：
Ga
B, Al (+3 )
In
Ga, In (+1, +3)
Tl (+1) Tl 最大配位数
Ga-In eutectic
13
Al, Ga, In 易形成笼状簇合物
Al12
Ga12
In8
14
3.2.2 碳单质
碳的同素异形体
石墨
金刚石
富勒烯
15
富勒烯与碳纳米管
1996 Nobel prize in chemistry
J.R. Heath, S.C. O'Brien, H.W. Kroto, R.F. Curl, R.E. Smalley, Nature 318 , 162, (1985). 16
-BN (h-BN), hexagonal 六方
w-BN, 纤维锌矿 wurtzite structure
25
BN的性质
Material Density (g/cm3)
无定形
-BN
h-BN
2.28 ~2.1
c-BN
3.45
w-BN
3.49
graphite
~2.1
diamond
3.515
Mohs hardness
Nat. Mater. 2008, 7, 790.
Nat. Chem. 2010, 2, 269.
JACS
2008, 130, 15240.
JACS
2010, 132, 15093.
JACS
2010, 132, 17102. 17
石墨烯
Promising Electronic, Optical, Thermal,
Mechanical properties
It was reported that graphene has a breaking strength 200 times greater than steel the strongest material
C. Lee et al Science 2008, 321, 385
20
Exfoliated Graphene
K. S. Novoselov et al., Science 306, 666 (2004). 21
Graphene on Cu
22
C C3N4
23
C BN
高温、 高压(5 GPa)
24
不同结构的BN
-BN (c-BN), 闪锌矿 sphalerite (zinc blende) structure
19
How to make graphene?
• Strangely cheap and easy.
• Either draw with a piece of graphite, or repeatedly peel with Scotch tape
• Place samples on specific thickness of Silicon wafer. The wrong thickness of silicon leaves graphene invisible.
1.7
36.5
600║ 30 ┴
−2.7║ 38┴ 5.2
1.8
45
34
无定形硼 (棕色粉末)可用于生产硼钢。 硼钢主要用于制造 喷气发动机和核反应堆的控制棒。前一种用途基于其优良的 抗冲击性，后一种用途基于硼吸收中子的能力。
5
-硼
6
硼单质
பைடு நூலகம்
7
硼的笼结构
[B12H12]2-
8
其它晶体结构
CCP: Cubic Closed Packing (立方密堆积) HCP: Hexagonal Closed Packing (六方密堆积) BCC: Body Centered Cubic
18
石墨烯 2010年 诺贝尔物理奖
Andre Geim and Konstantin Novoselov
A. K. Geim & K. S. Novoselov. The rise of graphene. Nature Materials Vol 6 183-191 (March 2007)
ns2np1 B: 4 HBF4
其他: 6 Na3AlF6
IV A
氧化态
最大 配位数
C -4, +2, +4 (4)
Si -4, +4
6
Ge -4,(+2), +4 6
Sn +2, +4
6
Pb +2,(+4)
6
ns2np2
3
3.2 单质结构
4
3.2.1 硼单质
晶态硼： 黑灰色、单 质硬度仅次 于金刚石
• Graphene visible through feeble interference effect. Different thicknesses are different colors.
/news/2010-12-graphene-pencil-sticky-tape-videos.html
9
Al单质
立方最密堆积 (Cubic Close Packing) 面心立方结构 (Face Centered Cubic)
10
Ga 和 In
Ga In
11
Tl
12
Al 660 C Ga 30 C In 150 C Tl 303 C
熔点
Ga 镓 和 铟 可 以 形 成 低熔点合金，如 含 25% 铟 的 镓 合 金, 16℃便熔化。 若温度在熔点之 上, 镓和铟混合研 磨时便可自动形 成合金。
1–2 9.5–10 ~10
1–2
10
Knoop hardness (GPa)
10
Bulk modulus (GPa) 100
Thermal conductivity (W/m.K)
3
Thermal expansion (10−6/°C)
Bandgap (eV)
5.05
Refractive index