自富勒烯(C60)被发现近30年来,由于其独特的分子结构赋予其材料优良的光电性能,持续得到了大量关注。另一方面,燃料电池曾被美国时代杂志评为21世纪对人类最有影响的十大高新技术之一近年来合成价格低廉且性能优越的燃料电池催化剂亦为重要的热点课题之一。富勒烯具有良好的自组装能力,可以通过调控其自组装得到大比表面积的复杂结构形貌；由于催化剂的比表面积与其催化活性密切相关,具有大比表面积富勒烯自组装结构在催化剂载体应用方面应具有潜在价值,但这方面的研究报道甚少。因此本论文主要从以下两个方面开展了工作：合成功能化富勒烯衍生物并调控其自组装以及探索富勒烯自组装结构在燃料电池催化剂材料中的应用。首先本论文设计合成了含有羧基、酯基和硝基等功能基团的富勒烯衍生物(富勒烯本身比重高于75%),并系统研究了这些衍生物在不同实验条件下(如溶剂、基质、氛围和温度等)的自组装规律。结果表明：溶剂的性质、功能基团的位置等在一定程度影响其自组装后的形貌；基质并不是影响自组装形貌的主要因素。对于所合成的功能化富勒烯衍生物,均可通过条件优化来调控其自组装行为,得到比表面积较大的复杂花球形貌结构。通过XRD研究发现,这些复杂花球形貌结构中富勒烯通过π-π(C60/C60)堆积作用以之字形错位方式自组装排列。同时,本文还对功能化富勒烯衍生物的电化学性质和光谱性质进行了研究；并通过理论计算研究了取代基位置与分子轨道能级之间的关系,在3种硝基苯基取代的富勒烯衍生物中,发现邻位硝基的氧原子上的孤对电子与富勒烯笼π电子之间存在轨道相互作用力,可显著提高其LUMO能级。其次,将富勒烯衍生物自组装结构作为催化剂载体,探索了其在燃料电池中的应用。将Pt或Pd利用电化学还原沉积在富勒烯自组装结构覆盖的ITO电极上制得复合催化剂,通过催化甲醇氧化对其电催化性能进行了评价,初步结果表明富勒烯自组装结构的引入可使催化剂的催化活性显著提高。同时,用硼氢化钠还原法制备了一类性能优越的负载在羧基化多壁碳纳米管上的空心型核壳结构M@Pt-CNTs或M@Pd-CNTs新型催化剂(M为Co、Ni或CoNi合金)。