富勒烯是一类具有高度共轭π电子结构的笼状分子，具有独特的光学、光电以及电化学性质。将富勒烯分子组装为微/纳米尺度的结构是实现其潜在应用的有效途径，目前，科研人员已经成功地合成了各式各样的富勒烯微/纳米结构。其中，在均三甲苯/异丙醇溶剂体系中，可以方便地合成C70、C84以及Sc3N@C80等具有表面孔洞缺陷的微米立方体，并且此类结构表现出优异的光学、电催化等性质，是一类极具前景的碳材料。然而，由于C60分子的高对称性，在相同溶剂体系下则会形成与上述缺陷结构完全不同的C60纳米线，并且目前为止仍未有C60缺陷微/纳结构的报道。因此，C60作为产量最丰富的富勒烯，探究制备类似缺陷结构无疑可极大推动富勒烯在众多领域的应用。
幸运的是，我们通过合理筛选一系列良/不良溶剂体系，在苯乙醚为良溶剂，正丙醇为不良溶剂时成功合成了一系列表面带有裂纹缺陷的单一或交叉棒状C60微晶。FT-IR光谱、XRD谱图以及HRTEM图像等表征表明苯乙醚分子的嵌入促进了微晶fcc结构末端的形成，随后正丙醇分子的嵌入则促进其hcp结构侧壁的形成。因此，通过简单的调控正丙醇的加入量和微晶生长时间，可以方便地调控微晶表面裂纹形貌。此外，我们还发现裂纹存在所引发的光吸收增强效应，从而使C60微晶的光致发光明显增强。更为有趣的是，我们尝试将具有宽裂纹的C60微晶进行纳米颗粒的承载，发现该微晶可有效负载SiO2颗粒，而难以负载C60颗粒。Zeta电位分布和KPFM图像表明表面C60微晶和颗粒均带有负电，而SiO2颗粒则带有正电，因此通过静电作用，C60微晶的裂纹可选择性识别SiO2颗粒。该工作首次将裂纹引入到富勒烯微/纳结构中，并阐述其于光电子和生物领域的应用前景，为相关有机微/纳米结构的制备与应用探索提供了新的思路。
图1 带有表面裂纹的（a）单一棒状和（b）交叉棒状C60微晶及其（c）形成机理示意图。
图2 具有裂纹C60微晶（Cra-2）和表面光滑C60微晶（Smo-3）的（a）稳态和（b）瞬态光致发光图谱；具有较宽裂纹微晶（Cra-w）对于（c）SiO2颗粒和（d）C60颗粒的选择性负载及（e）负载量与尺寸关系曲线。
文章链接：Ning Chen, Yanglin Shen, Ting Xu, Wangqiang Shen, Xing Lu* :Morphology Engineering of Fullerene (C60) Microstructures Featuring Surface Cracks with Enhanced Photoluminescence and Microscopic Recognition Properties Chem. Eur. J. 2021. DOI: 10.1002/chem.202103123
