富勒烯的出现促进了碳材料领域的发展,一系列具有特定官能团的不同π体系的富勒烯衍生物被成功地合成出来并应用于不同领域,如药物靶向传递的载体、光伏材料以及超分子化学,而近年来富勒烯衍生物由于其良好的电子传输能力在钙钛矿太阳能电池领域受到了广泛地关注。我们通过富勒烯阳离子中间体的反应设计了诸如分子内重排反应、分子内成环反应、分子间偶联反应等一系列反应并合成了一系列可应用于钙钛矿太阳能电池中的新类型富勒烯衍生物。同时,内嵌锂离子富勒烯作为少有的可被完全表征的内嵌富勒烯也由于其相较于富勒烯更高的反应活性获得了更加广泛的研究与应用。本文主要研究了富勒烯以及内嵌锂离子富勒烯的官能化反应以及探究了反应机理,同时将所得到的的产物应用到了钙钛矿太阳能电池中,研究结果如下:1.我们通过银催化下的八溴取代富勒烯经富勒烯阳离子的反应途径成功合成了一系列八烷氧基以及八芳基取代的52π共轭的富勒烯衍生物。合成的八取代富勒烯衍生物得到了系统的表征,循环伏安法计算得到的结果显示八取代富勒烯衍生物具有广泛可调节的LUMO轨道,同时聚集态分析显示其在一般高极性溶剂中均具有很好的溶解度。2.我们通过弱氧化剂溴化铜实现了由富勒烯醚到富勒烯酮的一步氧化反应,并通过此特征反应扩充了一系列底物。经过对反应进行动力学研究、氧同位素标记、自由基捕捉实验以及反应前后的核磁谱图分析我们确定了该反应的机理,同时此机理也得到了 DFT理论计算结果的印证。3.含有双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺阴离子的内嵌锂离子苯基—C61—丁酸异甲酯被合成以及分离。我们对其[5,6]构型到[6,6]构型的分子内重排反应进行了动力学研究。与苯基—C61—丁酸异甲酯的重排反应相比我们发现了内嵌的锂离子可以有效提高九百多倍的反应速率并有效降低反应的活化能,这说明内嵌的锂离子可以作为非接触的路易斯酸催化剂展现出完美的催化活性。之后,经还原反应得到的中性内嵌锂离子苯基—C61—丁酸异甲酯被作为电子传输层应用于反向钙钛矿太阳能电池并收获了 9.6%的光电转换效率。