現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，“富勒烯”是一個龐大的家族，成員不斷地在增加，除C60、C70外，還相繼分離出了C20、C24、C28、C32、C36、C50、C76、C78、C84、C90、C94等，不過當(dāng)中最穩(wěn)定的是C60，其次是C70，再次是C50，其他的穩(wěn)定性都較差。但它們的形態(tài)都是中空的籠子形狀，雖然籠子的形狀可以不同，就像“籠子”有鳥籠、燈籠、竹籠、鐵籠等等一樣，它們可以是球形、圓柱形、長方體形或其他復(fù)雜形狀。在電子顯微鏡下，“富勒烯”中的空腔大得足以容納任何金屬離子，這為化學(xué)家在“籠”中開辟出一番別有天地提供了可能。這種容納了金屬離子的化合物稱為“包合物”?！案焕障钡奶蓟\被發(fā)現(xiàn)之初，人們就設(shè)想用其空心的碳籠去包裹某些金屬離子形成內(nèi)含式金屬富勒烯。起初，科研人員以石墨與金屬混合物做電極，在惰性氣氛下經(jīng)電弧放電得到煙灰，并經(jīng)后續(xù)的一系列處理，可得到一系列數(shù)量非常少的內(nèi)含式金屬富勒烯。但這種方法分離困難，產(chǎn)量低，難以推廣。后來，科學(xué)家就設(shè)想，能不能在合成富勒烯后，再把更小的東西裝進(jìn)去。由于富勒烯（C60）的分子的外徑僅有0.7納米，其內(nèi)徑僅有0.36納米，在這樣小的籠子里裝東西，難度可想而知。但經(jīng)過理論分析，科學(xué)家認(rèn)為并非沒有可能，以C60為例，其分子內(nèi)徑比一般金屬離子外徑（金屬離子外徑一般小于0.3納米）要大，當(dāng)正離子進(jìn)入碳籠后，會使碳籠膨脹，并在碳籠內(nèi)部以類離子鍵相結(jié)合，因此金屬離子進(jìn)入富勒烯是可能的。為此，科學(xué)家專門發(fā)展了一種新型的方法——化學(xué)開籠法?；瘜W(xué)開籠法就是一種新穎的制備內(nèi)含式金屬富勒烯的方法，它利用富勒烯原有的框架，通過化學(xué)修飾斷開一個或多個碳 — 碳鍵，在富勒烯表面開出一個窗口，然后控制一定的條件，使金屬離子穿過小窗進(jìn)入空腔。目前已經(jīng)應(yīng)用“分子手術(shù)”的方法，成功地將比C60內(nèi)徑更小的金屬原子和氫分子裝入了C60的籠內(nèi)。這種完全利用化學(xué)手段，將金屬原子或氫分子裝入C60中的方法，被稱謂“籠中化學(xué)”。

被富勒烯分子包裹的稀有氣體

目前所知的富勒烯包合物有三類：金屬包合物、惰性氣體包合物和非金屬分子包合物。其中以金屬包合物為主，被包入的金屬主要是鈧、銥和大多數(shù)鑭系元素，以及堿金屬和堿土金屬。中國科學(xué)院化學(xué)研究所分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研人員，合成了一個新型的類似俄羅斯套娃的內(nèi)嵌金屬富勒烯，將金屬原子嵌入富勒烯碳籠形成一類具有新奇結(jié)構(gòu)以及特殊光電特性的分子。同一碳籠內(nèi)可以嵌入各種形態(tài)的金屬原子，例如單金屬原子、同核或異核雙金屬團(tuán)簇、金屬碳化物團(tuán)簇、金屬氮化物團(tuán)簇和金屬氧化物團(tuán)簇等。由于金屬富勒烯同時具有金屬富勒烯碳籠的特性，它們在電子、能源、生物醫(yī)學(xué)等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。因此，合成新結(jié)構(gòu)、新性質(zhì)的金屬富勒烯分子具有重要意義。例如，把放射性的鈷60植入C60，可用于局部治療癌癥，將鋰注入碳籠有望制成高效能的鋰電池。

由于富勒烯表面的碳原子十分活潑，很容易發(fā)生各種各樣的化學(xué)反應(yīng)，獲得具有各種各樣性能的產(chǎn)物。在富勒烯的外表接一些官能團(tuán)，可以改變它們的性質(zhì)，這稱為“籠外化學(xué)修飾”。如富勒烯分子本身具有非極性和絕緣性，這些性質(zhì)不利于富勒烯的直接應(yīng)用，用“籠外化學(xué)修飾”的方法，讓富勒烯分子變成與水溶液互溶的“極性”物質(zhì)，用于某些導(dǎo)電場合。

目前，科學(xué)家已經(jīng)合成了1 000多種富勒烯衍生物，如摻雜有堿金屬的C60，又如K3C60和Rb3C60，具有超導(dǎo)性，而且超導(dǎo)臨界溫度較高，分別為18 K和28 K。最近，還有實(shí)驗(yàn)表明將氯仿（CHC13）和溴仿（CHBr3）摻入C60中，超導(dǎo)臨界溫度更可大大提高，將來如能提高到室溫，人類就可得到極理想的超導(dǎo)材料。

我們相信，隨著對富勒烯的化學(xué)和物理性能的不斷深入研究，小小的富勒烯將會對現(xiàn)代科技產(chǎn)生不可估量的影響。富勒烯的發(fā)現(xiàn)是化學(xué)發(fā)展史上具有劃時代意義的大事。