碳处在化学元素周期表的第6位，电子轨道结构为1s22s22p2，其外层电子为2s22p2，根据原子轨道理论，碳原子在与其它原子结合时，不同的条件下会形成不同形式的杂化，常见的杂化形式有sp3、sp2、sp1杂化。自然界中存在的碳的单质晶体有金刚石和石墨，分别为sp3、sp2杂化。金刚石内部碳原子为sp3杂化, 一个碳原子周围有4个碳原子相连，呈骨架状三维空间排列。石墨内部的碳原子为sp2杂化，一个碳原子周围3个碳原子与其相连，呈层状排列，碳与碳组成六边形的环状，相邻的原子间的距离为0.142 nm，无限多六边形组成了一层，层间距为0.334 nm。层面间以弱的范德华力连接, 而层内的碳原子以sp2杂化共价键结合。除了上述的晶态碳外，碳还以广泛的非晶态形式存在。来.自/751论|文-网www.751com.cn/

传统碳材料在各方面均具有优良的性质。活性炭由于优异的表面性能，被应用于废水、废气的处理及催化反应。金刚石是自然界中最坚硬的固体，并具有极高的折射率（可见光区域n=2.42）和低吸收系数，自古以来就是最吸引人的宝石。石墨在常温常压下具有极好的抗氧化性，被广泛应用于电极和纤维。

1.3  新型碳材料及其应用

1.3.1  富勒烯

1985年，英国化学家H. W. Kroto和美国Rice大学的科学家R. E. Smally等人在氦气流中通过激光汽化蒸发石墨实验中首次制得60个碳组成的碳原子簇结构分子C60。富勒烯的发现者们受建筑学家巴克敏斯特·富勒设计的加拿大蒙特利尔世界博览会球形圆顶薄壳建筑启发，认为C60可能有类似球体的结构，因此将其命名为巴克明斯特·富勒烯，简称富勒烯[16]。