【正文】 N C2n（ n39） 不同于空籠富勒烯，這是碳籠的結(jié)構(gòu)不同和金屬團(tuán)簇與碳籠之間的相互作用導(dǎo)致的（見(jiàn)圖 ）。在氧化掃描過(guò)程中，使用 1,1,2,2四氯乙烷作為溶劑，觀察到一個(gè)氧化可逆過(guò)程的是 C60，兩個(gè)氧化過(guò)程的是 C70，通過(guò)計(jì)算第一 次能量下降和第一次氧化過(guò)程發(fā)生時(shí)的能差，可以得出 C60和 C70的 HOMO–LUMO能隙 分別為 eV 和 eV，這些發(fā)現(xiàn)體現(xiàn)了C60和 C70豐富的氧化還原性。 圖 (a)C60富勒烯的電化學(xué)性能，循環(huán)伏安法（上）和差分脈沖電化學(xué)伏安法（下）；（ b) 富勒烯吸收 6個(gè)電子（紅色箭頭）后的 HOMO和 LUMO軌道示意圖 對(duì)于 C70，可以預(yù)測(cè)它的 LUMO軌道是二重簡(jiǎn)并，因此可以吸收四個(gè)電子， LUMO和 LUMO+1軌道的能量差是很小的。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)論文 4 富勒烯的氧化還原性能 早期的理論計(jì)算建立在 C60有一個(gè)低能級(jí)的 LUMO軌道，并且是三重簡(jiǎn)并，因此能夠接受 6個(gè)以上電子的減少 [16]。同時(shí)，如果在電弧放電時(shí)控制反應(yīng)氣體，不同的團(tuán)簇還可以合并內(nèi)嵌到富勒烯碳籠中。 其它參數(shù)，如金屬添加，等離子氣體和溫度都相對(duì)獨(dú)立和 容易調(diào)節(jié)的，因此用多個(gè)相同的電弧放電反應(yīng)器來(lái)制備大量的碳納米材料變成了現(xiàn)實(shí)。然而，由于火焰的產(chǎn)生也限制了該方法的適用范圍；因此，在實(shí)驗(yàn)室制備富勒烯時(shí)電弧放電的方法是優(yōu)先考慮使用的。這種火焰是由燃燒碳?xì)浠衔锏囊徊糠中纬傻?；因此，它的反?yīng)溫度取決于碳?xì)浠衔锖脱鯕獾谋壤?，通常低?2020K。現(xiàn) 在，碳?xì)浠衔锸侵苽淇栈\富勒烯的最好的原料。空籠富勒烯 （ a） C60 ； （ b） C70；內(nèi)嵌富勒烯 （ c） La2IhC80；（ d） Lu3NIhC80；（ e） 石墨烯片； （ f） 鋸齒狀的單壁碳納米管； （ g） 扶手椅狀的單壁碳納米管；（ h） 對(duì)稱性的固碳納米管； （ i） 奈納米角碳管 （ j） 嵌套碳籠 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)論文 3 2 富勒烯 富勒烯制備 富勒烯是在用激光誘導(dǎo)石墨蒸發(fā)的時(shí)候首次被發(fā)現(xiàn)的，然而，第一次制備富勒烯卻是用電弧放電蒸發(fā)石墨實(shí)現(xiàn)的 [1215]，如圖 所示。而且金屬氧化物、金屬碳化物、金屬硫化物也能內(nèi)嵌到富勒烯碳籠中。通過(guò)質(zhì)譜分析法發(fā)現(xiàn)富勒烯之后，內(nèi)嵌金屬富勒烯接著被發(fā)現(xiàn)，它們的內(nèi)嵌性質(zhì)幾年后就被確認(rèn)。通過(guò)電阻蒸發(fā)石墨時(shí)，在炭黑中發(fā)現(xiàn)了“洋蔥”結(jié)構(gòu)的同心多殼層富勒烯，通過(guò)對(duì)納米金剛石高溫淬火 [8]，或者是水下電弧放電 [9]，有機(jī)溶劑 [10]，液氮 [11]等方法，它們還能形成無(wú)定形碳和 碳納米管。例如， Venkataraman在 2020年，證明了隨著苯基團(tuán)中分子之間轉(zhuǎn)動(dòng)角度的增加，聯(lián)苯化合物的電導(dǎo)系數(shù)會(huì)減小 [6]。 碳基納米材料是建設(shè)分子集成電路很好的候選材料，因?yàn)樗鼈兙哂邪雽?dǎo)體的性質(zhì)，并且物理尺寸很小 [5]。隨著電壓的減小，電流增加，當(dāng)電壓減小為 ，電流會(huì)發(fā)生大幅度的增加。電導(dǎo)的直方圖顯示出來(lái)的峰值是量子電導(dǎo) G0（ =2e2/h =77 μS）的 1/100 的整數(shù)倍 ,這取決于電極之間分子形成穩(wěn)定連結(jié)的數(shù)目（見(jiàn)圖 ）。分子所以被用作電子設(shè)備的理想候選材料，是因?yàn)樗鼈兛梢杂萌藗兪熘⑶液?jiǎn)單的方法來(lái)制備合成。 關(guān)鍵詞 ： 碳納米材料；分子電導(dǎo)；分子電子學(xué)；單分子電子器件 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)論文 II ABSTRACT As the growing plexity of electronic devices, the topdown method used with silicon based technology is facing both technological and physical challenges. Carbonbased nanomaterials are good candidates to be used in the development of electronic circuitry using the bottomup approach, because they have semiconductor properties and dimensions within the required physical limit to construct electrical connections. For example, the unique electronic properties of fullerenes have made the construction of molecular rectifiers and molecular transistors that can work with more than two logical states. Carbon nanotubes have shown their values to be used in the construction of molecular wires and FET transistors that can operate in the THz frequency bias range. On the other hand, graphene is not only the most promising material for replacing ITO in the construction of transparent electrodes but it has also shown quantum Hall effect and quantum conductance properties that depend upon the edges or chemical doping. The purpose of this work is to present recent developments on the utilization carbon nanomaterials in molecular electronics. Keywords： Carbon nanomaterials； Molecular conductance； Molecular electronics； Unimolecular electronic devices 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)論文 III 目 錄 摘要 ........................................................................................................................................ I ABSTRACT ........................................................................................................................ II 1 前言 ................................................................................................................................... 1 碳納米材料的類型和形狀 .....................................................................................2 2 富勒烯 ................................................................................................................................3 富勒烯的制備 ..........................................................................................................3 富勒烯的氧化還原性能 .........................................................................................4 單個(gè)富勒烯分子的電子輸運(yùn)性質(zhì) .........................................................................5 富勒烯單分子器件 .................................................................................................6 分子導(dǎo)線和供體 受體系統(tǒng) ...........