富勒烯以其独特的结构、新颖的性质和广阔的应用前景，吸引了众多研究学者的目光。自从其诞生，富勒烯一直是物理、化学、材料等领域研究的热点。本文在第一章中主要介绍了近年来在富勒烯研究发展过程中一些里程碑式的创新结果以及出现的一些新颖的富勒烯结构，并对富勒烯在生物医学等领域的应用做了简要的介绍。主要分为五个部分：(1)比C60小的富勒烯(2)内嵌富勒烯(3)外接富勒烯衍生物(4)杂富勒烯(5)富勒烯的应用。在此基础之上，在第二章和第三章中分别介绍了两种具有特殊结构的富勒烯的合成与表征，结果如下。 一、首次通过Kratschmer-Huffman方法-在氦气和少量甲烷的混合气氛中直流电弧放电合成了一种具有特殊结构的C70亚甲基化衍生物C71H2。C71H2分子有8个异构体，作为其中之一，这种新的分子的对称性为C2v对称，即亚甲基和C70连接的位置在碳笼的赤道、两个六元环相连的[6，6]单键上。用索氏抽提器和高效液相色谱对产物进行了分离和提纯。样品的碳谱和紫外可见吸收谱显示，分子不仅具有C2v对称性，而且是一种轮烯结构，即[6，6]单键处于打开状态。红外和拉曼光谱确定了分子的振动指纹。用密度泛函方法(B3LYP)在6-31G*水平上对分子结构进行了理论模拟，得到了与实验较一致的结果，进一步确认了实验的结果。把C2v-C71H2的氢谱与已有报道的两种Cs或C1对称性的C71H2的氢谱进行比较，发现随着氢原子在C70(五元环或六元环)上方位置的不同，即按着从C70极部到赤道的方向，C71H2分子上氢的化学位移逐渐移向高场。氢的化学位移和C70分子中分别位于五元环和六元环内的顺磁环电流和逆磁环电流产生的磁场有关。顺磁磁场对五元环上方的氢原子产生去屏蔽作用，使氢原子振动处于低场；而逆磁磁场对六元环上空的氢原子产生屏蔽作用，使氢原子振动位于高场。因此C71H2分子中氢原子化学位移有规律的移动表明，从C70的极部到赤道存在一个对氢化学位移产生影响的磁场分布。在C70的极部有较强的顺磁磁场，在C70的赤道区域有较强的逆磁磁场。 二、通过Kratschmer-Huffman方法-在氦气和少量甲烷的混合气氛中直流电弧放电合成了由四个氢原子稳定的具有C3v对称性的非独立五元环规则的C64分子。在C3v对称的C64分子中存在有唯一的三五元环直接相连的特殊结构，它是造成C64分子无法稳定存在的直接原因。位于相连的三个五元环内的四个共用碳原子由于具有很大的锥角，无法和周边碳原子形成稳定的共价键，伸向笼外的л轨道轴向量具有强烈的不饱和sp3杂化轨道特征，如同四个悬挂键，因此具有高度的反应性。而在合成过程中引入的甲烷恰好提供了氢原子，通过C-H键合快速地捕捉到了在合成富勒烯过程中出现的高度不稳定的C64分子。经过质谱、碳谱、氢谱、碳氢相关谱、紫外可见吸收光谱以及基于在6-31G*水平上的密度泛函方法(B3LYP)理论计算，最终确定了C64的结构。红外和拉曼光谱的测定确定了C64H4分子的振动指纹。