碳富勒烯水溶性復合物固體材料的制備

吳現成

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組成電荷轉移復合物，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、紅外光譜對水溶液和其固體特性分別做了初步研究和表征。實驗表明C60在PVP的水溶液中最大濃度約為400 ?g/mL，把C60-PVP水溶性復合物制備成固體，將給復合物的深入研究、保存、運輸和應用等創造許多有利條件。

關鍵詞：C60 富勒烯 水溶性 復合物 固體

中圖分類號：TQ233 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（b）-0124-02

C60富勒烯分子中的60個碳原子處于等價位置，形成12個五邊形和20個六邊形，相間分布連接成32面體籠狀結構[1]，C60富勒烯這種具有烯烴電子的結構特點決定了C60的疏水性，限制了C60在生物等領域的應用，到目前為止，僅見到極有限的幾篇報道制備出了C60水溶液[2-7]，還沒有見到C60水溶性固體材料的報道。該文使用聚乙烯吡咯烷酮與C60組成電荷轉移復合物，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，相信在生物學和醫學以及新藥物的研究應用方面具有十分重要的意義。

1 C60水溶液電荷轉移復合物的制備和表征

1.1 C60-PVP水溶液的制備及檢驗

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溶劑完全揮發，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所形成的電荷轉移復合物水溶液。該水溶液可在室溫下長期穩定存在。

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UV—240紫外—可見分光光度計上作分析，測試結果隨著PVP的濃度的增加，在284 nm、337 nm處C60的強特征吸收峰都產生了紅移。由此可見在C60-PVP之間發生了電荷轉移，C60與PVP形成穩定的包結物，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線性增加，當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，溶液中明顯有黑色固體物質析出。經驗證，這些黑色固體物質就是C60，說明此時C60在溶液中已達到飽和濃度。圖1示出了測試結果。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看作是判斷C60達到飽和濃度的標準，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水溶性固體復合物的制備和表征

為了促使C60和PVP之間的電荷充分轉移，尤其是為了探討新材料的制備方法以及其對性能進行深入的研究，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/三氯甲烷有機溶液。

第二步：將配制好的有機溶液盛于50 mL的燒瓶中，油浴加熱到甲苯的沸點以上（>120 oC）進行回流。回流進行到1小時左右時，通常在溶液表面可見到漂浮著類似油脂狀的粘稠物質，呈黃褐色，在絳紫色的C60-PVP甲苯/三氯甲烷有機溶液中格外引人注目。隨著回流時間的延長，這些粘稠物質的量不斷增多，顏色也在加深，經過3～5 h以后，絳紫色溶液大部分變為紅褐色油脂狀的粘稠物質，此時這些粘稠物質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/三氯甲烷有機溶液經過幾個小時的油浴回流后，改為油浴蒸發，以使有機溶劑蒸發走，以便得到固體物質。為了預防高溫對固體物質造成不良影響，蒸發時應降低油浴溫度，剛好使甲苯沸騰即可，并且注意不要將溶液完全蒸發干，應留少許溶液在固體物質的表面。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，以便使有機溶劑完全揮發。

第四步：待溶劑揮發完后，向燒瓶中注入去離子水，不斷振蕩或進行超聲處理，以使固體物質充分溶解。然后再進行過濾，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。

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，某些試驗現象和C60與PVP的摩爾比有關。當C60與PVP等摩爾混合時，過濾制得C60-PVP水溶液后，在慮紙上發現有黑色沉積物，經驗證為沒有參與反應的C60。當C60與PVP的摩爾比等于1/2時，其有機溶液經過回流、蒸發，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，振蕩或進行超聲處理可加快溶解，其水溶液呈現鮮艷的金黃色，沒有濾出多余C60。摩爾比等于1/3時，有機溶液經過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，而不是沉積在燒瓶底部。

使用美國產Nicolet170SX紅外光譜儀在室溫下對部分C60-PVP水溶性固體物質進行了紅外測量，結果表明：C60的4個紅外活性膜的振動頻率527、577、1184和1428 cm-1，有3個與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，整個譜線下移。

實驗表明采用回流和蒸發的方法制備C60-PVP水溶性固體，可以有效地加強C60與PVP之間的電荷轉移，而不影響C60在水溶性電荷轉移復合物中的特性，回流和蒸發的方法對制備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水溶性電荷轉移復合物制備成固體，優點是顯而易見的，將給復合物的深入研究、保存、運輸和應用等創造許多有利條件。

參考文獻

[1] 孫濤，巢駿，周冬香，等.C_（60）及其衍生物生物活性研究進展[J].安徽農業科學，2009（11）：4846-4847，4850.

[2] 黃彬，鄭啟新，楊大志，等.富勒烯（C_（60））-甘氨酸衍生物對小鼠骨肉瘤細胞生長的影響[J].華中科技大學學報：醫學版，2006（4）：493-496.