碳原子因键合方式的不同会形成不同维度的碳骨架化合物,当碳原子与少量金属元素结合在一起,又会形成各种带有金属独特性质的金属多碳化物。压力作为热力学中的一个基本变量,可以影响材料的微观结构、原子间距、电子自旋态等。高压可以使不饱和碳碳键之间发生聚合,形成饱和度更高的碳骨架化合物。在本文中,我们主要研究了单乙炔钠(NaC2H)、二茂镁(Mg(C5H5)2)、Gd@C82等几种不同类型的不饱和金属多碳化物。主要通过原位拉曼光谱、原位红外光谱、原位X射线衍射、原位交流阻抗谱和离位气相色谱-质谱联用仪等分析测试手段,研究其在高压下的相变、高压结构、电输运性能、聚合压力、反应阈值(聚合时的分子间原子距离)以及聚合产物等。金属乙炔盐的压力诱导聚合(Pressure Induced Polymerization,PIP)是一种新颖的方法,用于合成具有独特结构和性能的金属碳骨架材料。然而,双取代乙炔盐的聚合压力多为25 GPa甚至更高,如此高的压力限制了大规模的合成。因此,我们选用只带一个电荷的单取代乙炔钠进行研究,发现单乙炔钠在7GPa时发生了相变,并在14GPa时聚合,这是迄今为止所报道的乙炔化物聚合反应的最低压力,此时最近邻分子间碳碳距离约为2.9 A,与乙炔钙几乎相同。进一步研究发现PIP过程主要是自由基加成过程。我们的工作揭示了乙炔盐聚合的分子间距离的阈值,并提出了反应机理,为进一步研究乙炔盐的高压化学反应提供了依据。二茂镁是一个典型的具有夹心结构的金属有机化合物。我们研究了二茂镁的PIP过程,发现其在3 GPa时发生一次相变,之后在约为15 GPa时发生非晶化与聚合反应,sp2碳会聚合产生sp3碳。该聚合压力也低于乙炔钙、乙炔锂等常见金属乙炔盐,其聚合反应的可逆性与反应时间密切相关。原位的阻抗谱显示其电导率先降低后升高再降低,这可能与高压下二茂镁的相变和聚合密切相关。Gd@C82是一种典型的内嵌金属富勒烯。本论文研究发现Gd@C82的聚合压力约为13 GPa。衍射结果显示高压下碳笼被破坏但金属原子到30 GPa依然保持有序。阻抗谱显示Gd@C82的电导率在外部压力下不可逆地增加了 103倍。这表明压力可以不可逆地改变金属富勒烯的导电性能。