Trong họ fullerene, C60 là thành viên được tìm ra sớm nhất, có kích thước nhỏ nhất và dễ tìm thấy trong tự nhiên nhất. C60 được cấu thành từ 60 nguyên tử cacbon. Các nguyên tử tạo thành một phân tử có hình dạng giống như một quả bóng đá. Nó có 32 mặt, trong đó 12 mặt là hình ngũ giác và 20 mặt còn lại là hình lục giác, ngoài ra, mỗi hình ngũ giác được bao quanh bởi 5 hình lục giác xếp luân phiên với nhau để hợp nhất thành ba hình ngũ giác và ba hình lục giác.

C60 có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong y học, điện tử và khoa học vật liệu.

Hình ảnh cấu trúc phân tử C60 fullerene

C70 được cấu thành từ 70 nguyên tử cacbon với cấu trúc tổng thể giống như một quả bóng bầu dục. Những quả bóng này được liên kết với nhau bằng 12 hình ngũ giác và 25 hình lục giác, trong đó, nguyên tử cacbon có mặt ở mỗi đỉnh của hình lục giác và hình ngũ giác với một liên kết ở mỗi cạnh.

C70 có tiềm năng ứng dụng trong điện tử, quang học và khoa học vật liệu.

Hình ảnh cấu trúc phân tử C70 fullerene

là các phân tử hình trụ bao gồm các tấm lồng lưới cuộn lại, một lớp nguyên tử cacbon duy nhất được sắp xếp trong một mạng lục giác. Các ống nano carbon có thể là loại đơn vách hoặc đa vách, với đường kính từ dưới 1 nanomet đến vài chục nanomet. Các ống nano cacbon có các đặc tính độc đáo, bao gồm độ bền cao, tính linh hoạt và tính dẫn điện, đồng thời có các ứng dụng tiềm năng trong điện tử, lưu trữ năng lượng và vật liệu tổng hợp.

Hình ảnh ống nano cacbon

Các dẫn xuất của các fullerene có thể hòa tan trong nước được gọi là Fullerenol. Một số tên gọi fullerenol có thể kể đến như: Carboxyfullerene, hydroxyl fullerene, amino-fullerene, methanofullerene, glyco-fullerene…). Fullerenol có tác dụng tăng tính tan trong nước, tăng khả năng tương tác với các chất sinh học làm cho chúng trở nên hữu ích trong các ứng dụng y tế.

Hình ảnh cấu trúc dẫn xuất fullerenol

Khoảng sau năm 1990, các nhà khoa học này đã phát hiện ra 1 hợp chất vô cùng đặc biệt và quý giá là fullerene nội sinh (endohedral fullerenes) có cấu trúc chứa đựng một nguyên tử (có thể là nguyên tử, ion hoặc cụm bổ sung) bị mắc kẹt bên trong trung tâm khối lồng fullerene C60. Bởi chính hình dáng kỳ lạ này mà các nhà khoa học đã đặt tên là Endo fullerene.

Cấu trúc của Endo fullerene

 - Nhóm các Endo Fullerene có chứa các nguyên tử của các phân tử không kim loại hoặc phân tử đơn giản (ví dụ: nitơ, phốt pho, helium, xenon, co, v.v.)

 - Nhóm các Endo Fullerene đóng gói các nguyên tử kim loại hoặc các cụm chứa cac-bua, nitride và sun-fua, tức là metallic fullerene endohedral (EMF)

Đây là một hợp chất mang đặc tính vô cùng độc đáo khác với những đặc tính của fullerene điển hình. Ví dụ, Endo fullerene có thể làm tăng khả năng hòa tan, tính ổn định hóa học cao, tính dẫn truyền mạnh mẽ với các tế bào và tạo ra phản ứng hóa học cụ thể. Đồng thời, nhờ những đặc tính tuyệt vời sẵn có của Endo fullerene, độ hiếm có và sự phức tạp trong việc tổng hợp, tinh chế mà giá thành của Endo fullerene hiện nay vô cùng đắt đỏ. Được biết giá của nó có thể lên tới 167 triệu đô/1 gram.

Có 03 lý do chính khiến Endo fullerene là hợp chất quý hiếm và đắt giá hơn cả kim cương:

Quá trình sản xuất phức tạp: Sản xuất Endo fullerene rất khó và tốn kém. Các phương pháp sản xuất chính bao gồm phương pháp cốt liệu (vật liệu chứa nguyên tử kim loại được đưa vào trong quá trình tổng hợp fullerene) và phương pháp ion hóa (nguyên tử kim loại được đưa vào trong cấu trúc fullerene bằng phương pháp ion hóa). Cả hai phương pháp này đều phải sử dụng các điều kiện sản xuất khắt khe và các bước xử lý phức tạp để tạo ra Endo fullerene. Do đó, quá trình sản xuất Endo fullerene rất tốn kém và đắt đỏ.

Khả năng ứng dụng tiềm năng: Endo fullerene có nhiều tính chất đặc biệt và tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực như điện tử, năng lượng, vật liệu và y học. Vì vậy, nhu cầu sử dụng Endo fullerene ngày càng tăng. Tuy nhiên, vì sản xuất chúng khó khăn, nên lượng sản xuất hàng năm rất nhỏ so với nhu cầu của thị trường.

Tính hiếm và độc đáo: Endo fullerene là loại phân tử độc đáo và hiếm. Vì chúng có khả năng kết hợp với nhiều nguyên tử kim loại khác nhau, do đó, có rất ít loại Endo fullerene được biết đến. Ngoài ra, Endo fullerene thường có kích thước phân tử, cấu trúc phức tạp và khó tổng hợp. Tất cả các yếu tố này làm cho chúng trở thành các vật liệu hiếm và đắt giá.

Vì thế, các nhà khoa học hiện nay vẫn đang không ngừng nghiên cứu để khám phá đầy đủ tiềm năng của nó, tối ưu hóa quy trình sản xuất và phát triển các ứng dụng mới cho phân tử độc đáo này.