科创中国
内包金属富勒烯高效制备与快速分离技术
发布时间: 2023-11-02
基本信息
合作方式：
合作开发
成果类型：
发明专利
行业领域：
新材料技术
成果介绍
富勒烯碳笼内部可包入多种金属原子或团簇，形成一种新的杂化分子，被称为内包金属富勒烯。由于金属的存在及对碳笼的影响，内包金属富勒烯的结构复杂、性质奇特，在生物医学及能源催化等领域具有巨大的应用前景。但其制备和分离流程复杂，产率低下且纯化困难，成为当前限制其应用的关键瓶颈。目前，常用的分离方法是采用高效液相色谱法（HPLC）分离，由于HPLC分离的大部分工作集中在分离空心富勒烯和内包金属富勒烯上，因而对内包金属富勒烯的分离效率低下，且成本高、耗时长。如何快速高效地分离内包金属富勒烯成为本领域急需解决的难题。
该成果研制了一种内包金属富勒烯的制备及分离方法，利用空心富勒烯和内包金属富勒烯第一还原电位的差异，仅需通过简单的与路易斯酸搅拌、过滤及重新水解流程，即可不受量的限制，在短时间内快速分离大量的包含内包金属富勒烯的富勒烯混合物，得到大量内包金属富勒烯富集物。本成果可实现内包金属氮化物富勒烯的高产率及快速纯化，为规模化的内包金属富勒烯应用提供保障。
成果亮点
传统内包金属氮化物富勒烯的制备过程需要严格控制电弧炉腔体内真空度、气氛条件及放电参数，费时费力且重复性差。较传统方法，本成果最大特点是首创空气体系，其技术亮点体现在：
a、直接利用空气作为放电气氛，无需真空处理，无需清洗气路，省时高效；
b、空气的无成本性，较传统方法中昂贵的氦气和氮气相比，使得本成果制备成本极大降低；
c、空气体系下烧蚀碳棒后所得原灰中的内包金属氮化物簇富勒烯含量大幅提高；
d、无需考虑传统制备方法中的调控气体比例这一环节，允许直流电电流变化，也允许阳极碳棒中金属粉末和碳粉的比例变化，适用性极强的特点为工业生产提供了技术支撑。
团队介绍
卢兴，华中科技大学教授，材料科学与工程学院副院长；获第十二届“中华人民共和国驻日本大使奖”（2009）和第七届日本富勒烯学会“大泽赏”（2011）。长期从事新型碳基复合材料的宏量可控制备、结构性能调控及能源、生物应用等方面的研究工作，取得了一系列有影响的结果，受到诸如诺贝尔奖得主Kroto教授和美国化学会主席Echegoyen教授等知名学者的高度评价；成果入选美国化学会志“Spotlight”及英国皇家学会 ‘2019 HOT Article Collection’等。在J. Am. Chem. Soc.（20篇），Angew. Chem. Int. Ed.（15篇）等国际知名期刊发表论文180余篇，主编专著4部，参编5部，受邀撰写综述10余篇。5次担任国际会议主席，邀请报告及受邀讲学数十次。2011年底加入华中科技大学，组建“新型碳材料研究中心”，现有教授8人，研究人员80余人；另有多名国际著名科学家做为团队顾问。
成果资料
产业化落地方案
成果综合评价报告
评价单位：“科创中国”军民两用技术应用产业服务团 (中国兵工学会) 评价时间：2023-11-03
赵磊
南京理工大学
副教授
综合评价
该技术的核心创新点在于利用空心富勒烯和内包金属富勒烯第一还原电位的差异，在短时间内快速分离大量的包含内包金属富勒烯的富勒烯混合物，得到大量内包金属富勒烯富集物。这些成果在新材料领域属于前沿技术，具有较高的创新水平。
市场前景广阔，尤其是在电子、能源、飞机、能源和国防等领域，投资回报比较可靠，目标市场处于成长市场，但该市场很快会出现多种技术路线，产品竞争会很激烈。
另外，因在产品产量的稳定性方面论证不足，要特别预防环保、健康与安全风险，并需要进一步明确原料和产品的生物毒性。
总体而言，该项目技术思路方向很好，未来市场空间大，有利于当前政策要求，转化成熟度很高，值得支持推广。建议强化相应产品开发，加大产业链开发力度。
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