2015年12月，牛津大學(xué)碳材料設(shè)計(jì)公司(DesignerCarbon Materials)以2.2萬英鎊的價(jià)格賣出了第一批“內(nèi)嵌富勒烯”材料，總重量為200微克（相當(dāng)于一片雪花重量的十五分之一，或者一根頭發(fā)的三分之一）。該內(nèi)嵌富勒烯材料是內(nèi)嵌一個(gè)氮原子的C60材料N@C60，該材料以僅次于暗物質(zhì)的第二貴材料（約1億英鎊/克），一時(shí)間引起了學(xué)術(shù)界和材料界乃至金融界的廣泛的強(qiáng)烈關(guān)注。

　　這種內(nèi)嵌富勒烯可以讓原子鐘縮小成一塊手機(jī)芯片的尺寸而制造出小型便攜原子鐘，因此這項(xiàng)科技將會(huì)在各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，最顯著的就是對(duì)無人駕駛車輛的控制，可以使GPS導(dǎo)航系統(tǒng)精確到1毫米。“也許有一天，每部手機(jī)都會(huì)用上富勒烯。”

　　最早發(fā)現(xiàn)的富勒烯是由60個(gè)碳原子以20個(gè)六元環(huán)與12個(gè)五元環(huán)連接而成，具有30個(gè)雙鍵（C=C）的足球狀空心對(duì)稱分子，所以，富勒烯也稱為“足球烯”。

　　由于富勒烯完美的對(duì)稱結(jié)構(gòu)、在納米尺度范圍內(nèi)特殊的穩(wěn)定性，以及奇異的電子結(jié)構(gòu)，因此富勒烯在許多高新技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大，其在納米界享有“納米王子”的美譽(yù)，是未來二十年最具影響力的新材料之一。

　　富勒烯家族不僅C60一個(gè)成員，還有C28、C32、C70、C78、C82、C84、C90、C96等，其中C60和C70是最常見。

　　富勒烯由于其特殊的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，作為一類新興碳納米功能材料，在許多應(yīng)用領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景，如：

　　◆ 生物制藥：診斷試劑、超級(jí)治療藥物、化妝品、核磁共振用顯影液。

　　◆ 能源領(lǐng)域：太陽能電池、燃料電池、二次電池。

　　◆ 工業(yè)領(lǐng)域：耐磨材料、阻燃材料、潤(rùn)滑劑、聚合物添加劑、高性能薄膜、催化劑、人工鉆石、超硬合金、電子粘性流體、印油、高性能涂料、防火涂料等。

　　◆ 信息產(chǎn)業(yè)：半導(dǎo)體紀(jì)錄媒介、磁性材料、印刷油墨、特殊用途紙張。

　　◆ 電子部件：超導(dǎo)材料、二極管、晶體管、誘導(dǎo)體。

　　◆ 光學(xué)材料：電子照相、熒光顯示管、非線性光學(xué)材料。

　　◆ 環(huán)境領(lǐng)域：氣體吸附、氣體儲(chǔ)存。

　　富勒烯結(jié)構(gòu)中最為特殊的性質(zhì)是其碳籠內(nèi)部為空腔結(jié)構(gòu)，因此可以在其內(nèi)部空腔內(nèi)嵌某些特殊物種(原子、離子或原子簇)，由此而形成的富勒烯被稱為內(nèi)嵌富勒烯，即是將一些原子嵌入富勒烯碳籠而形成的一類新型內(nèi)嵌富勒烯，如氫、釓、鈧、氮等，大部分是在電弧法制造富勒烯的過程中形成的，也可以通過化學(xué)方法將富勒烯打開孔后裝入一些原子或分子。

　　由于其制備條件的極端苛刻、制備工藝的復(fù)雜以及很低的收率，因此內(nèi)嵌富勒烯是一類極為稀有的新型材料，但其獨(dú)特的性質(zhì)卻可以使其在一些尖端應(yīng)用領(lǐng)域獲得出色的表現(xiàn)。牛津大學(xué)碳材料設(shè)計(jì)公司的N@C60就屬于內(nèi)嵌富勒烯。

　　金屬富勒烯是將金屬原子嵌入富勒烯碳籠而形成的一類內(nèi)嵌富勒烯，同一碳籠內(nèi)可以嵌入各種形態(tài)的金屬原子，如單金屬原子、同核或異核雙金屬團(tuán)簇等。由于金屬富勒烯同時(shí)具有金屬和富勒烯的特性，使得它們?cè)陔娮?、能源、生物醫(yī)學(xué)等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

　　“金屬內(nèi)嵌富勒烯Gd@C82”

Gd@C82示意圖

　　將金屬原子嵌入富勒烯碳籠而形成的一類新型內(nèi)嵌富勒烯，同時(shí)具有金屬和富勒烯的特性，在電子、能源、生物醫(yī)學(xué)等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

　　內(nèi)嵌Gd金屬離子的Gd@C82作為磁共振造影劑其最高效率可達(dá)目前臨床使用造影劑Gd-DTPA的70倍；中科院化學(xué)所研發(fā)出的基于Gd@C82納米顆粒的“分子手術(shù)刀”腫瘤治療技術(shù)可以針對(duì)肝癌、肺癌、乳腺癌等多種實(shí)體瘤進(jìn)行快速、高效、低毒的治療，療效顯著，被認(rèn)為是最優(yōu)可能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的腫瘤靶向治療而不損傷正常組織的新一代廣譜腫瘤治療技術(shù)。

　　“富勒烯C60”

C60示意圖

　　富勒烯家族的典型代表C60分子，結(jié)構(gòu)類似足球，其發(fā)現(xiàn)者獲得了1996年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。富勒烯由于其優(yōu)異的自由基捕捉、光吸收、超導(dǎo)半導(dǎo)體、完美結(jié)構(gòu)、DNA親和、電子受體、高效吸附、內(nèi)嵌分子等特性，已被廣泛應(yīng)用到日用化妝品、醫(yī)藥中間體、保健品、橡膠/薄膜材料改性劑、高新能源、復(fù)合材料添加劑等諸多領(lǐng)域。

　　“C60(OH)x·nH2O“

富勒醇示意圖

　　富勒醇，富勒烯的羥基化衍生物，通過化學(xué)方法在富勒烯的碳上引入羥基而得到。目的是為了提高富勒烯的水溶性以獲得富勒烯在水溶液環(huán)境下的應(yīng)用，通常當(dāng)羥基數(shù)目達(dá)到20個(gè)以上時(shí)才具有較好的水溶性。水溶性富勒醇可以廣泛的應(yīng)用于生物體系，它可以通過清除生物體內(nèi)自由基保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)，具有潛在治療神經(jīng)退行性疾病，如帕金森病和阿爾茨海默癥的功能，還可用于高端化妝品領(lǐng)域。

　　“C60-Vc-PVP“

　　水溶性富勒烯-維生素c-聚乙烯吡咯烷酮三元復(fù)合物，通過將C60、Vc、PVP粉末處理得到水溶性富勒烯/維生素復(fù)合物，為兼具抗氧化活性、抗菌性以及抗癌特性的多功能水溶性復(fù)合物體系，這種復(fù)合物在化妝品、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有望擁有廣泛的應(yīng)用前景。