富勒烯（Fullerene），是一種完全由碳組成的中空分子，形狀呈球型、橢球型、柱型或管狀。富勒烯在結(jié)構(gòu)上與石墨很相似，石墨是由六元環(huán)組成的石墨烯層堆積而成，而富勒烯不僅含有六元環(huán)還有五元環(huán)，偶爾還有七元環(huán)。根據(jù)碳原子的總數(shù)不同，富勒烯可以分為C??、C??、C??、C??、C??等，其中C??高度對(duì)稱(chēng)的籠狀結(jié)構(gòu)使其具有較高的穩(wěn)定性，因此在富勒烯家族中研究最為廣泛。富勒烯C60是由12個(gè)五元環(huán)和20個(gè)六元環(huán)純碳原子組成的中空籠狀烯烴結(jié)構(gòu)，其形狀與1967年加拿大蒙特利爾世博會(huì)巴克敏斯特·富勒建造的美國(guó)館非常相似，因此科學(xué)家將其名字命名為富勒烯。 

富勒烯具有特殊的光電性質(zhì)，因此在光電領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。純粹的富勒烯是黑色的粉末，是不溶于水的；富勒烯是被合規(guī)收錄的化妝品原料，安全性和功效性都有驗(yàn)證。富勒烯中的“烯”是指C=C鍵（碳碳雙鍵），富勒烯屬于不飽和環(huán)烯烴非極性分子，因此純粹的富勒烯碳粉是不溶于水的，一般借用藥物制劑增溶技術(shù)實(shí)現(xiàn)其溶解性。1985年Robert Curl，Richard E. Smalley和Harold Kroto在萊斯大學(xué)制備出了第一種富勒烯，即“C60分子”或“富勒烯”，這一突破性的發(fā)現(xiàn)為他們贏得了 1996 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。因?yàn)檫@個(gè)分子與建筑學(xué)家巴克明斯特·富勒的建筑作品很相似，為了表達(dá)對(duì)他的敬意，將其命名為“巴克明斯特·富勒烯”。而在此之前，富勒烯一度被認(rèn)為只在宇宙中天然存在。富勒烯C60分子內(nèi)外表面有60個(gè)π 電子，組成三維π電子共軛 體系，最多吸收6個(gè)電子， 具有很高的電子親和勢(shì)及較 好的電子傳輸性能，是一類(lèi)性 能比較優(yōu)異得到受體材料。但 未修飾的C60剛性較大，溶解 性差，易聚集，給受體成膜的 質(zhì)量較差。 富勒烯及其衍生物作為受 體同時(shí)存在很大的缺陷，如吸光 弱、成本高、能帶調(diào)控能力差、 熱穩(wěn)定性不 足以及機(jī)械靈活性低 等。導(dǎo)致其在光伏材料中應(yīng)用受限。

圖2為碳同素異形體。a,b, C60富勒烯，由60個(gè)碳原子組成的零維分子籠(a)，以及由單層原子組成的石墨烯(b)；c，石墨烯，由共價(jià)連接的C60富勒烯超原子構(gòu)件組裝而成的碳分子片。
富勒烯C60是由60個(gè)碳原子通過(guò)20個(gè)六元環(huán)和12個(gè)五元環(huán)連接而成的具有30個(gè)碳碳雙鍵的足球狀空心對(duì)稱(chēng)分子，因它酷似足球，所以富勒烯也被稱(chēng)為足球烯。
??截角二十面體（Ih 對(duì)稱(chēng)）
60 個(gè)碳原子，12 個(gè)五元環(huán) + 20 個(gè)六元環(huán)
C–C 鍵長(zhǎng)：六元環(huán)-六元環(huán) 1.40 ?；五元環(huán)-六元環(huán) 1.46 ?
π-電子離域，但非芳香性（局部烯烴特征）
??晶體
室溫面心立方 (fcc) 晶格，a = 14.17 ?
低溫出現(xiàn)取向有序相變
??能級(jí)
? HOMO–LUMO 間隙 ≈ 1.8 eV（甲苯溶液）
? 易接受 1–6 個(gè)電子形成 C????光伏材料
富勒烯因其具有良好的電子傳輸性能，可以作為有機(jī)太陽(yáng)能電池中的受體材料，但由于其空心結(jié)構(gòu)，在有機(jī)溶劑中溶解性較差，因此主要研究在富勒烯側(cè)鏈鏈接官能團(tuán)以提高其溶解性，改變其加工性能降低應(yīng)用門(mén)檻。大量富勒烯衍生物相被設(shè)計(jì)合成出來(lái)，并且展現(xiàn)了良好的電子受體性質(zhì)，其中最典型的和最常用的當(dāng)屬PC61BM和PC71BM等。
富勒烯（C60）是一種由碳原子組成的籠狀分子，因其優(yōu)異的電子傳輸性能被廣泛應(yīng)用于反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）的電子傳輸層（ETL）。與傳統(tǒng)的金屬氧化物ETL材料（如TiO?或SnO?）相比，富勒烯具有低溫加工兼容性、高電子遷移率以及良好的能級(jí)匹配等優(yōu)勢(shì)，可提升器件的光電轉(zhuǎn)換效率。然而，富勒烯的分子特性導(dǎo)致其與相鄰層之間的界面結(jié)合較弱，容易引發(fā)界面電子傳輸損失和機(jī)械穩(wěn)定性問(wèn)題，從而影響器件的長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性，這一直是制約高效穩(wěn)定PSCs發(fā)展的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。 

化妝品行業(yè)
水溶性富勒烯富勒烯表現(xiàn)出氧化性能，并能產(chǎn)生各種活性氧形式。富勒烯是一種強(qiáng)大的光敏劑，它能夠?qū)⑷貞B(tài)氧轉(zhuǎn)化為活性單線態(tài)氧。具有抗皺、美白、抗炎、修復(fù)等功效，對(duì)人體無(wú)明顯損傷。

富勒烯最出名的護(hù)膚功能是清除自由基抗氧化（富勒烯是由60個(gè)碳原子組成的足球形狀，一個(gè)這樣的結(jié)構(gòu)中就有30個(gè)雙鍵，這樣的結(jié)構(gòu)天生就有比較強(qiáng)的抗氧化、抵抗自由基的能力。），其清除自由基的機(jī)理跟維生素C等（維C通常是以“犧牲自我，成全別人”的方式來(lái)減少自由基）是不一樣的，富勒烯對(duì)自由基有強(qiáng)大的吸附功能，當(dāng)吸附數(shù)量達(dá)到偶數(shù)后，富勒烯表面的自由基相互耦合而淬滅，富勒烯則又回到未吸附前的狀態(tài)，其生物活性并未降低。工業(yè)制備 
? 電弧法：石墨棒 4000 °C 蒸發(fā) → 煙灰 → 甲苯萃取 → 色譜分離 
? 燃燒法：甲烷/氧氣擴(kuò)散火焰 → C?? 產(chǎn)率 10 % 
? 綠色連續(xù)法：微波等離子體，產(chǎn)率 > 30 %[1] SHERIF ISMAIL, SHOU-QING NI*  Fullerene (C60) Supplementation Stimulated Anammox Granules at Low Doses and Inhibition Occurred at High Doses: Phenomenon and Mechanism[J]. ACS ES&T engineering, 2023, 4 2: 375-387. DOI:10.1021/acsestengg.3c00350.
[2] SHUAI YOU. C60-based ionic salt electron shuttle for high-performance inverted perovskite solar modules[J]. Science, 2025, 388 6750. DOI:10.1126/science.adv4701.
[3] 梁秋菊,常銀霞,梁朝偉,祝浩雷,郭子賓,劉劍剛.結(jié)晶動(dòng)力學(xué)策略在非富勒烯體系太陽(yáng)能電池形貌調(diào)控領(lǐng)域的應(yīng)用[J/OL].物理化學(xué)學(xué)報(bào):1-21[2023-04-20].http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1892.O6.20230119.1642.004.html
[4] 趙楊,黃琪,金波,彭汝芳.富勒烯及其衍生物在含能材料領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].火炸藥學(xué)報(bào),2022,45(06):770-784.DOI:10.14077/j.issn.1007-7812.202208009.
[5]華紫輝,吳波,王春儒.富勒烯在新型太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào),2022,39(05):1870-1889.DOI:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220422.002.