自從 Kroto 等人[1]發現富勒烯以來，富勒烯以其獨特的結構引起了科學界的普遍關注，富勒烯及富勒烯衍生物已經成為國際上異?；钴S的研究領域。
目前合成的富勒烯衍生物種類繁多，而其中單加成和多加成衍生物的三維立體結構具有重要的應用價值[2,3]，因此合成功能化的富勒烯單加成和多加成衍生物是富勒烯化學中最前沿的課題之一。 在微納米結構材料中引入富勒烯 C60及其衍生物可使其物理、化學性質和性能得到較大改善，表現出獨特的光電學、材料科學和生物醫學等性能。 因此，發展富勒烯 C60及其衍生物材料在光學、電學、催化和生物醫藥等方面的應用研究是一項富有挑戰性的科研工作。 本文主要綜述了近年來富勒烯 C60及其衍生物材料的應用最新研究進展， 并展望了富勒烯 C60及其衍生物材料的發展前景和趨勢。
1 光電材料應用
1.1 富勒烯太陽能電池
聚合物/富勒烯太陽能電池（PFSCS）較傳統電池而言，具有生產成本低、質量較輕、柔性可彎曲和易于實現大面積加工等獨特優點，同時該太陽能電池光電轉換效率也逐漸提高， 從原來不到 1%提高到了目前的 10%以上，具有良好的發展前景，受到了國內外科研工作者的廣泛關注，并且取得了很大的進展[4-9]。 PFSCS工作原理與傳統的太陽能電池不同，其主要是利用光伏效應實現光電轉變，其工作原理如圖 1 所示。 當太陽光照射在電池活性層納米材料上時，光被其吸收并激發產生激子，產生的激子因其濃度差異而向電子給體/電子受體 （D/A） 界面擴散。 電子給體和受體在界面處存在一定的 LUMO 能級差，導致激子在界面處發生了電荷分離形成了自由載流子，正載流子被轉移到陽極以及負載流子被轉移到陰極，它們在電極上被收集從而形成了光電壓和光電流。
1.2 非線性光學性能
C60分子具有三維 π 電子共軛體系和高度對稱結構， 使得其具有優良的反飽和吸收的光限制性和大的三階非線性光學系數等非線性光學性能[10]。 在實際應用中，根據 C60反飽和吸收的光學限制性制造光學限幅器，用來保護探測器和人的眼睛；根據 C60離域大 π 電子共軛體系、較大的三階非線性光學系數和高穩定性等特點，可以廣泛應用在光計算、光記憶和光信號處理及控制等方面。目前，富勒烯非線性光學材料在軍事上的應用尤為突出， 隨著激光技術的快速發展， 一系列激光武器也在不斷的被研發出來，如激光致盲、激光竊聽、激光制導導彈等。
1.3 光電轉換性能
薛鵬沖等人[11]利用有機凝膠和 C60COOH 相互混合組裝成納米纖維，Kentaro Tashiro 等人[12]利用溶劑揮發法和自組裝法制備了卟啉-C60衍生物納米線，Samson A. Jenekhe 等人[13,14]利用自組裝法制備的 P3BT-nw/C61-PCBM 和 P3BT-nw/C71-PCBM 納米線，這些 C60衍生物納米材料在光照射下，電流和電壓 都逐漸升高 ， 均具有較好 的光電轉換 性能。Richard Charvet 等人[15]利用自組裝法制備的卟啉-C60衍生物的聚合物納米線，具有較好的熒光性能和光電轉換性能。 同時，這些 C60衍生物納米材料具有較高熱穩定性和較好的延展性，是很有發展前景的新型光電轉換材料。
2 催化性能應用
催化劑在有機化學反應中應用非常廣泛， 最近研究表明，C60分子和其負離子在紫外光的照射下，具有較高的催化效率。 徐正課題組[16]深入研究了 C60分子和其負離子催化效率，在紫外光照射下，以 C60分子和其負離子作為催化劑，硝基苯被催化氫化為苯胺， 如圖 2所示， 實驗結果表明， 其催化效率高達到 100%，該研究成果進一步拓展了催化劑領域[16]。
3 疏水材料應用
Takashi Nakanshi 等人[17,18]利用自組裝法和模板法分別制備出了微米級皺折的花瓣狀和盛開花狀C60衍生物， 該 C60衍生物的微米級材料具有較好的疏水性能和耐高溫性能， 在紫外線長時間照射下，仍具有較好的疏水性能。 該 C60衍生物的微米級材料拓展了疏水材料領域，為疏水材料的發展提供了重要的科學基礎。
4 生物醫學應用
4.1 藥物載體
C60納米材料具有較強的抗氧化能力，對生物細胞不產生毒害作用，在生物醫學方面具有較強應用價值。 F. Moussa 等人[19]把 C60納米材料的水溶性懸浮液注入小白鼠肝細胞內， 并置于 CCl4溶液中處理，經過透射電鏡和顯微鏡觀察，未注入 C60納米材料懸浮液的小白鼠肝細胞，在 CCl4溶液中大部分壞死，而注入 C60納米材料懸浮液的小白鼠肝細胞，在CCl4溶液中基本保持完好。 這說明了 C60納米材料懸浮液在生物細胞中表現出了較強的抗氧化能力，能夠成功的阻礙 CCl4溶液破壞生物細胞。 D. B.Warheit 等人[20]在 C60納米材料的應用方面也做了深入的研究， 他們將 C60納米材料懸浮液注入小白鼠肺細胞中， 未發現 C60納米材料對小白鼠肺細胞有毒性作用。
C60衍生物納米材料在生物醫學應用方面也具有非常廣闊的應用前景。 David B. Warheit 等人[21]將納米級的 C60\\(OH\\)24懸浮液注入小白鼠的肺細胞中，未發現 C60\\(OH\\)24對肺細胞產生毒性作用。韓冬等人[22]制備的 C60\\(C\\(COOH\\)2\\)2納米粒子可以選擇性的進入受損大腦細胞， 而對其他健康腦細胞沒有破壞作用。 這些研究為 C60衍生物納米材料作為藥物載體治療病變腦細胞提供了科學依據。
4.2 生物傳感器
目前，生物傳感器主要有 DNA 生物傳感器、免疫傳感器和酶生物傳感器，它在眾多領域中有著廣泛的應用。 富勒烯 C60材料傳感器較傳統的傳感器具有成本低、生產工藝流程簡單、可再生等優點，使其在生物傳感器領域中具有廣闊的應用前景。 近年來研究發現， 利用富勒烯 C60材料合成的生物傳感器， 可以對蛋白質和細菌等進行有效的檢測與分析。 此外，富勒烯 C60材料傳感器還可以起到增加電極有效表面積、支撐金屬納米顆粒，使生物傳感器的性能達到最佳狀態[23]。
5 抗氧化性應用
清除自由基對人體健康非常重要，它與人體的細胞新陳代謝、皮膚衰老以及疾病的預防和治療有非常緊密的關系。 富勒烯 C60有著非常強的抗氧化性，它可以較好的起到清除自由基、預防衰老的作用。 近年來研究發現，把富勒烯 C60加入到皮膚保健品中， 其清除自由基功能能夠起到抗皮膚氧化、減緩人體皮膚細胞新陳代謝等作用。
6 超導材料應用
美國科學家貝爾發現了富勒烯的超導性，他在固體 C60中摻雜堿金屬鉀后得到了 K3C60， 驚喜的發現它的超導臨界溫度達到了 18K[24]。 各國科學家相繼研究了 C60的不同金屬的摻雜， 使得對超導體的研究取得很大進展。 摻雜 C60超導體的發現對能源技術具有突破性的影響，這種超導體擁有良好的性能以及僅次于氧化物陶瓷超導體的臨界溫度，使其在超導計算機電子屏蔽、超導磁選礦技術、長距離電力輸送、磁懸浮列車以及超導超級對撞機等更多領域中應用。
除此之外， 富勒烯 C60及其衍生物材料在原子級光開關、電泳顯示、隧道二極管、雙層電容器、光電成像、潤滑劑、表面涂層、增強金屬強度、氣體儲存、氣體分離等領域也有廣泛應用。
7 結語與展望
富勒烯 C60及其衍生物材料應用研究是富勒烯研究領域的重要組成部分，其獨特的性能受到廣泛關注， 今后富勒烯 C60及其衍生物材料的發展方向和研究熱點主要體現在以下幾個方面。
1. 合成富勒烯 C60衍生物單加成和多加成的三維立體結構， 制備其不同晶態形貌的納米材料，系統地研究富勒烯 C60及其衍生物材料的晶態形貌和性能的關系，探究其本質規律。
2. 深入研究富勒烯 C60及其衍生物材料在太能電池、非線性光學性能、光電轉換性能、疏水材料、藥物載體、生物傳感器、抗氧化性和超導材料等方面應用，以期獲得性能優異的 C60及其衍生物新材料。
3. 進一步開拓和探索富勒烯 C60及其衍生物材料應用研究領域。 隨著科學研究的不斷深入，相信不久的將來富勒烯 C60及其衍生物材料的應用前景更為廣闊。
參考文獻：
[1]H. W. Kroto, J. R. Heath, S. C. O’Brien, et al. C60: Bu-ckminsterfullerene[J]. Nature, 1985, 318\\(6042\\): 162-163.
[2]S. H. Friedman, D. L. Decamp, R. P. Sijbesma, et al.Inhibition of the HIV-1 Protease by Fullerene Derivatives:Model Building Studies and Experimental Verification [J].J. Am. Chem. Soc, 1993, 115\\(15\\): 6506-6509.
[3]A. Hirsch. Fullerene Polymers[J]. Adv. Mater, 1993, 5\\(11\\):859-861.
