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一克价值过亿，内嵌富勒烯凭什么这么贵？

文章来源：贤集网更新时间：2024-01-03 15:12:39

英国牛津大学的科学家们曾经宣称，他们的一间衍生实验室正在生产内嵌富勒烯，而且他们已经以每200微克3.2万美元的价格售出了他们的第一份样品。这个重量只有一朵雪花的1/15，或者说人类一根头发的1/3。

目前全世界只有一家实验室在生产它。

那么问题就来了，既然这东西这么值钱，为啥没什么人去生产呢？还有这种内嵌富勒烯到底是怎么回事，它又有何用途让它能够如此值钱？

1、内嵌富勒烯到底是什么？

很多人可能从“烯”字就已经知道它和碳有关系，事实也是如此，富勒烯就是一种碳的同素异形体，而“内嵌“则表示的是这个同素异形体内部还存在一些原子或者分子。

碳是目前已知最“通用的”元素，它允许碳原子以各种各样不同形式排列，然后形成各种同素异形体。

我们常见的比如有钻石——这可能是最受欢迎的碳同素异形体，其碳原子以晶格形式存在，然后碳分子以四面体角键合，形成非常牢固的结构。

再比如石墨，这是最常用的碳同素异形体，常见于铅笔芯，其碳原子以片状或层状六边形镶嵌堆叠并粘合在一起的形式存在。

另外比较出名的还有石墨烯——碳原子以单片石墨的形式存在，我们今天的主角富勒烯正是来自于石墨烯。

但与石墨烯不同的是，富勒烯是将单片碳原子形式转变成了一个“球状”，每个分子由60个碳原子组成，而这60个原子组成了20个六边形，以及在六边形中散布着12个5边形。

不知道你看到富勒烯的结构想到了什么，总之它的命名是按照测地圆顶的推广者巴克明斯特·富勒（Buckminster Fuller）的名字命名的。

富勒烯的内部是空的，所以就有了内嵌的概念，简单地说就是往里面填入其它原子或者分子等更小的微粒，这样就变成了内嵌富勒烯。

内嵌富勒烯分子几乎违反了化学键合的普通定律，因为内部的原子或者分子与富勒烯的关系就像是容器和容物的关系，不存在化学键合。

在所有内嵌富勒烯中，最特别的是 N@C60（xx@C60就是表示内嵌富勒烯的，@表示xx在富勒烯内部，N@C60就是指富勒烯内部是1个氮原子），我们前面说到的最贵成交材料正是这个。

内嵌富勒烯其实很早就出现了，但是最初它内嵌的基本都是非常惰性的物质——比如氦、氖等，内嵌一个像氮原子这样“活泼”的还是刚刚出现的。

事实证明，由于氮电子拥有较长自旋寿命，它是制造精确原子钟的关键，而N@C60可能成为未来原子钟的关键材料。

2、为什么内嵌富勒烯那么贵？

内嵌有氮原子的内嵌富勒烯生产难、分离难、保存难，所以才特别昂贵。这种分子生产难度非常大，一般是在室温下用氮离子轰击C60的方法制得的，大多数氮离子或者击不破C60碳笼，或者把碳笼打碎，只有极少数能量合适，轰击角度正好的氮原子才能够击破碳笼，刚好耗尽氮离子能量，而后碳笼又自己修复好，才能得到氮内嵌富勒烯；而把这生产出来的不到万分之一的氮内嵌富勒烯从其他C60中分离出来并纯化，也是一个极其艰巨的任务。

最后，内嵌有氮原子的富勒烯不太稳定，保存起来也非常困难。“一个单个的氮原子非常容易活泼，如果没有富勒烯C60这个碳笼对他进行保护，瞬间就会与其他物质反应，所以是一个极其不稳定的自由基。

将氮原子放进富勒烯碳笼里面之后，如果没有外界的打扰，它就会长期保持稳定；而如果一旦受到光、热等因素的影响，它就会从笼子里跑掉,所以保存氮内嵌富勒烯必须避光和低温。

3、为什么目前只有一个实验室在生产它呢？

其实，现在已知有几种方法可以合成N@C60，这不是什么秘密，有许多文献都写的很清楚，但是所有这些方法都需要极端条件，难以生产。

这是因为推动氮原子通过碳笼在热力学上是非常不利的，我看到这个团队在回复采访的时候是这样形容的：在化学上要把氮推入富勒烯等同于将水推上山。

不仅难以生产，而且生产过程中失败的概率远高于成功，这意味着需要提纯，而提纯的难度也异常大。

现在唯一生产N@C60的团队是牛津的Designer Carbon Materials，他们在牛津大学的实验室内完成制造。

制造过程很透明，他们将富勒烯在真空室中蒸发，制造一个 C60 薄膜，然后让氮离子喷射到薄膜表面。

在这个过程中，其中一些氮离子就会被捕获并进入C60薄膜中，形成所需的N@C60分子，但是效率非常低——每得到一个 N@C60 分子都将消耗大约10000个C60分子（氮原子停留在其表面）。

而要让这一个N@C60分子从10000个无氮 C60 分子中提取出来非常困难，因为C60和 N@C60的化学性质几乎相同，目前主要是通过一种被称为高压液相色谱的技术将两者分离。

总得来说，生产N@C60是非常困难的，它的实际成本非常高，这是它贵的原因所在，而不是因为它的用途有多大。

其实，我们从N@C60最初的成交是用于研究，而不是商用，也能知道它其实是因为成本高才卖得很贵的，不会有太多利润空间。

因为你卖太贵，很难吸引别人买去研究，别人不去研究，你就没有商用的机会。

不仅利润空间有限，而且现在N@C60作为原子钟也没有得到更大的应用，只是处在研发阶段，还有一些问题需要解决。

换句话说就是市场到底会是什么反馈并不是很清楚，所以没人去做是正常的。

另外，这东西的成本贵有一方面自然是它前期的投入会很高，很少有人愿意会为一个未知的领域投入太多。

但是，只要这东西真的有市场，立马就会有很多资金流入去研究它，到时候价格被打下来是肯定的。

原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_529681.html
来源：贤集网
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