依据拓扑学,富勒烯存在着数量庞大的异构体,然而仅有少量的富勒烯结构可以稳定存在。而其中最为人们熟悉的,则是符合独立五元环规则(IPR)的Ih-＃1812C60和D5h-＃8149C70。大量的其它富勒烯异构体由于其结构中不可避免地存在相邻五元环,具有很高的化学活性,很难以纯碳笼的形式被合成和分离出来。因此,有关于富勒烯的研究大多都集中在Ih-＃1812C60和D5h-＃8149C70上。最近本课题组从氯气氛的石墨电弧产物中分离出了一系列具有明确的单晶结构表征的non-IPR氯化富勒烯,使得实验研究non-IPR富勒烯成为可能。　　 自富勒烯被发现以来,富勒烯的形成机理一直是个悬而未决的问题。本文进行了一系列的13C标记实验来跟踪CCl4参与下的石墨电弧中的富勒烯形成过程。从一系列的13C标记的实验数据结合理论计算的电弧温度场和13C％浓度场模拟,第一次确认了常规富勒烯和non-IPR富勒烯生成于同一个电弧区间。该区间位于距离电弧中心约2.4mm的位置,温度约为2360K。在石墨电弧放电生成富勒烯的过程中,富勒烯遵循自下而上的生长方式。被捕获到的富勒烯碳笼结构间的关系表明,C2插入和Stone-Wales转变可能是富勒烯生长的末期的重要步骤。　　 研究了non-IPR C60的异构体氯化物在固相和气相中的热分解脱氯过程,典型的氯化富勒烯＃1812C60Cl6被引入作为参比物。实验证据证明了＃1809C60Cl8在热分解过程中不断减小的层间距以及热分解产物＃1809C60在固相中的聚合。同时,用喷雾热解法对＃1809C60C18和＃1804C60Cl12进行了气相热分解脱氯,捕获到＃1809C60和＃1804C60单体分子,并在质谱中检测到其信号。通过气相热分解的方法俘获活泼的non-IPR C60,为研究这类活泼的富勒烯的性质提供了一个可能的途径。　　 ＃1812C60的衍生物由于其特殊的结构性质以及潜在的应用前景得到人们的广泛关注,＃1812C60的化学修饰成为富勒烯科学中很活跃的领域。本文由＃1812C60Cl6和氨基酸酯的亲核取代反应得到了一系列的氨基酸酯衍生物＃1812C60R5Cl,该类富勒烯基两亲分子可在乙腈溶液中自组装成纳米尺寸的双分子层球形囊泡结构,在生物医药上具有潜在应用。同时,尝试进行了＃1809C60Cl8和氨基酸酯的亲核取代反应,其主要取代产物的结构取决于氨基酸酯的亲核能力和位阻。1809C60Cl8亲核取代反应的规律及特点,为non-IPR富勒烯的修饰奠定基础。　　 在富勒烯的各种特殊性质中,超导无疑是其中最具有吸引力的性质之一。尽管科学家预测一些non-IPR富勒烯可能会具有更高的超导转变温度,至今为止,只发现＃1812C60的材料具有超导性质。鉴于本课题组合成分离的一系列的non-IPR氯化富勒烯,为了研究其相应的non-IPR富勒烯的超导性质,本文建立了一种以氯化富勒烯为前驱体来合成钾掺杂富勒烯的新方法。以＃1812C60Cl6固相热分解所得到的＃1812C60聚合物固体在钾掺杂后表现了明显的超导性质。其超导转变温度与屏蔽系数则与富勒烯聚合物的聚合度和残余的氯含量有关。以＃1804C60Cl12固相热分解所得到的＃1804C60聚合物固体在钾掺杂后,样品FC-ZFC曲线显示其很可能具有超导性质。