Carbyne被定义为由sp杂化成键碳原子构成的无限长线性碳链,是真正的一维碳同素异形体。理论计算表明,Carbyne是世界上最硬的材料,其抗拉强度为碳纳米管和石墨烯的两倍。然而,随着连续的sp碳原子数量的增加,线性碳链（Linear carbon chains,LCCs）会变得越来越不稳定,因此在实验室合成超长LCCs仍然是一个巨大的挑战。Polyynes(C_2nH₂)可作为前驱体分子填至双壁碳纳米管（Double-walled carbon nanotubes,DWCNTs）中,通过高温热处理形成超长LCCs。Polyynes不仅可作为Carbyne的有趣模型,而且也可作为功能材料的前驱体、电荷传输的分子导线以及特异非线性光学材料而被广泛应用。近年,Polyynes基材料在活体细胞分类以及高通量诊断和筛选方面也展现出广泛的应用前景。本文首次通过有机液体中金属电极代替石墨电极间的电弧放电,建立了以有机分子为前驱体制备Polyynes的新反应体系。为了探讨Polyynes的形成与前驱体分子之间的内在联系,我们尝试了一系列不同分子量或不同分子结构的烷烃作为合成Polyynes的前驱体。同时,基于不同烷烃中Polyynes的形成速率和链长分布分析,探讨了Polyynes的形成机理,具体内容如下:第一章主要介绍了一维线性碳原子链的结构、性质、表征手段,以及目前在实验合成和应用上的进展。第二章详细介绍了金属电极间电弧放电法合成Polyynes的实验过程,尝试了在正己烷烃和乙醇前驱分子中铜、银、钨电极间的电弧放电合成制备Polyynes,分别对溶液样品和沉淀样品进行了紫外可见吸收光谱（Ultraviolet-Visible absorption spectra）和拉曼光谱（Raman spectra）分析。研究发现,金属电极对Polyynes生长有重要的影响。通过比较不同金属电极间电弧放电所获Polyynes样品的纯度和产量,确定铜电极是制备高纯Polyynes的良好选择。第三章介绍了铜电极间电弧放电法合成Polyynes的实验过程,尝试了七种合成Polyynes的烷烃前驱体。通过紫外吸收光谱对七种烷烃前驱体分子中Polyynes的形成速率进行估算,发现随着烷烃碳氢比的增加Polyynes的形成速率增加。第四章利用高效液相色谱（High-performance liquid chromatography,HPLC）分别对以正戊烷和环戊烷为前驱体合成的原始Polyynes样品进行分离,并将获得的单分离样品进行表面增强拉曼光谱（Surface-enhanced Raman spectra,SERS）表征。结果表明,以环戊烷为前驱体时最长Polyynes的链长可达14个碳原子,而当以正戊烷为前驱体时最长Polyynes的链长只有12个碳原子,可见前驱体分子可影响Polyynes的链长分布。第五章详细分析了Polyynes形成的物理化学过程。实验结果表明,Polyynes的形成速率取决于产生相同数量的C₂自由基所消耗的能量,电弧等离子体中C₂自由基的体积密度对Polyynes的链长分布有一定的调节作用。第六章对本论文的研究工作进行了总结,提出了进一步的研究方向并对Polyynes的应用研究进行了展望。