论文标题：Colloid Chemistry of Fullerene Solutions: Aggregation and Coagulation

论文链接：https://www.mdpi.com/2673-8015/4/1/2

期刊名：Liquids

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富勒烯（如C₆₀、C₇₀等）作为一类重要的纳米碳材料，其在溶液中的行为对光伏、医药、环境等领域的应用至关重要。本文系统综述了富勒烯溶液的胶体化学特性，重点探讨了其在不同溶剂中的聚集行为与凝聚规律，为理解富勒烯的溶液性质及应用提供了关键视角。

1.溶剂分类与富勒烯的溶解特性

根据与富勒烯的相互作用，溶剂被分为“良溶剂”、“不良溶剂”和“反应性溶剂”：

良溶剂（如甲苯、苯、CS₂等非极性芳香溶剂）中，平衡方法可制备分子溶液，但这类溶液具有特殊胶体特征—富勒烯分子被大量溶剂分子包裹形成厚溶剂化壳层，溶解熵显著为负，类似“胶体晶体”；非平衡方法（如超声）则易引发聚集，形成胶体颗粒。

不良溶剂（如甲醇、乙腈等极性溶剂）中，富勒烯主要以胶体形式存在，可通过“自下而上”（良溶剂溶液稀释）或“自上而下”（固体研磨分散）方法制备，颗粒尺寸可达数百纳米，且表面带负电。

特殊极性溶剂（如NMP、DMSO、DMF）兼具“不良溶剂”与“反应性”特征，因强供体–受体相互作用（富勒烯为路易斯酸），无需超声即可溶解富勒烯，形成稳定胶体，但易自发聚集。

2.胶体颗粒的形成与稳定性

混合溶剂体系中，富勒烯在“良 + 不良”溶剂的临界组成处发生分子–聚集态转变，转变阈值与溶剂极性（如相对介电常数ε_r）和富勒烯浓度相关。例如，C₆₀在ε_r ≈ 12–13时开始聚集，而C₇₀因与良溶剂作用更强，阈值更高（ε_r  ≈ 27–31）。

水溶胶是研究热点，可通过溶剂交换、超声提取等方法制备，颗粒尺寸40–200 nm，表面负电荷源于OH−吸附或富勒烯的亲电特性。其稳定性受电解质影响显著，符合经典胶体化学规律（如舒尔茨–哈迪规则）。

3.电解质对凝聚的影响

水溶胶中，电解质（如NaCl、CaCl₂）的临界凝聚浓度（CCC）随阳离子价态升高而降低（Na⁺ > Ca²⁺ > La³⁺），体现离子价态对凝聚的主导作用。

有机溶剂胶体（如乙腈、甲醇中）对电解质更敏感，CCC比水溶胶低2–3个数量级，且易发生“过充电”现象—多价阳离子吸附使颗粒表面电荷反转，形成二次稳定态，这与阳离子在低极性溶剂中溶剂化较弱有关。

DMSO、DMF等强供体溶剂中，富勒烯因强溶剂化作用，对电解质的稳定性显著提高（如NaCl的CCC可达180 mM），揭示溶剂碱性与富勒烯路易斯酸性的关键作用。

4.结论与意义

本文揭示了富勒烯在不同溶剂中均易形成胶体体系的共性，其行为受溶剂极性、富勒烯–溶剂相互作用及电解质影响显著。这些发现不仅丰富了胶体化学理论（如非DLVO力对水溶胶稳定性的贡献），还为富勒烯在药物递送、环境监测等领域的应用提供了重要指导，例如通过调控溶剂性质或电解质浓度优化富勒烯胶体的稳定性与分散性。