含有不同碳原子数的纯碳结构构成了丰富的碳团簇宝库,以富勒烯为典型代表的碳团簇因其独特的笼 状结构而产生了独特的电子受体、自由基消除、光限幅等性质,但目前主要还是基于C60和C70等少数几种富勒烯展开基础与应用研究,棘手的原因是大多数新型富勒烯因违背了独立五元环规则(Isolated Pentagon Rule,简称IPR)而出现大的结构张力和低的芳香性,通常只能在气相中存在。为了解决这一问题,我们提 出了“张力释放”和“局域芳香化”两个基本原理,在碳电弧或燃烧合成富勒烯的过程中,通过氯化或氢 化进行笼外衍生,稳定了一系列含相邻五元环的新型富勒烯,包括C50、C54、C56、C58、C64、C66、C72和C78等,同时,通过富勒烯自身将一些更小的碳团簇捕获下来,并借助单晶X射线衍射精确表征了这些含有不同原子数的碳团簇系列结构,在此基础上,探索了碳团簇的形成机理。进一步,我们放大了富勒烯的合成 规模,完善了年产吨级富勒烯(以C60和C70为主)的工业生产工艺,并将富勒烯及其衍生物作为电子受体 材料应用于有机或钙钛矿太阳能电池,发挥了富勒烯的光伏性能与作用。