在C₆₀及其它新型分子发现之后不久，科学家们便发现纳米碳管和洋葱状富勒烯—一种尺寸属于纳米级范围，具有完整分子结构的新材料。洋葱状碳纳米颗粒潜在的广泛应用及其特殊结构带来了科学领域的巨大进步。本课题分别以酚醛树脂和碳黑为碳源，以Fe，Co和Ni的硝酸盐为催化剂前驱体，采用热解法大量制备洋葱状富勒烯。使用TEM，HRTEM，XRD，Ramon，HRSEM等方法，研究了催化剂的种类、热处理温度与碳源等对于洋葱碳纳米颗粒的形态、结构的影响。一般情况下，热固性树脂为不可石墨化碳，但是它在3000℃左右炭化可以产生类似富勒烯的结构，可见它们有天然的渊源。以酚醛树脂为碳源制备的洋葱状富勒烯具有完美的同心、准球结构和高度有序性。其直径在30-50nm左右。在一定条件下，本实验还能产生一些副产物。例如竹节状碳纳米管，碳包覆纳米金属晶，短纳米碳管等。产物中的洋葱状碳纳颗粒含量大约在80％左右。碳层具有很好的优先取向性，具有裂缝形状孔。随着催化剂含量的减少（即硝酸铁与酚醛树脂中碳的比例从1∶4减少到1∶32）洋葱状碳纳米颗粒的直径逐渐增大。这是由于金属纳米粒子的减少，致使催化反应中心随之减少，形成的体积便增大。产物宏观上是由纳米颗粒组成的一个蓬松体。对碳黑进行催化转化，使其结构进行重排，成为具有石墨化特征的洋葱状碳纳米颗粒。考察了Fe、Co、Ni三种金属催化剂对乙炔炭黑的催化石墨化行为，研究了不同金属添加对炭黑转化为洋葱碳纳米颗粒结构的影响，以期揭示不同炭结构间相互转化的机制。炭黑球内的小片状不规则形态向规则的同心石墨壳层的洋葱结构转化中，Fe的催化性能比Co和Ni的催化性能更好，形成的产物纯度和产率较高。在应用研究方面，进行了锂离子二次电池、电化学储氢以及作为润滑油添加剂等的工作。同时我们还研究了各种新型纳米碳材料之间的内在联系，将洋葱状富勒烯转化为纳米碳管。将洋葱状富勒烯进行2800℃石墨化之后，其充放电性能有了很大的提高。作为润滑油添加剂时，能够使润滑油的耐磨擦性能大大提高，能够耐更高的载荷，更高的温度，更长的磨擦时间。这是由于洋葱状富勒烯在润滑油当中起到滚珠作用，添补磨擦器件间的凸凹不平的接触面，从而减少物理上的机械铆合。