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随着对碳纳米管研究的深入，填充型碳纳米管吸引越来越多科研人员的关注。一维的腔结构是碳纳米管的重要特点，在碳纳米管纳米级的限域作用下，填充物将表现出特殊的性质。二茂铁是最具有代表性的金属有机物分子，碳纳米管和二茂铁的碳都是sp2杂化，且都具有遍布整个分子的共轭π电子云，都具有芳香性，将二茂铁填充进入碳纳米管管腔中，二者通过强的π-π相互作用而相互结合，形成特殊的二茂铁填充碳纳米管纳米豆荚结构，具有极高的研究价值。本论文主要分为理论计算和实验合成两部分，二茂铁和二茂钒都是过渡金属茂基化合物，与Fe原子不同，V原子的d轨道存在单电子，自旋向上和自旋向下状态差别很大，因此分别对二茂铁、二茂钒填充碳纳米管复合结构（即：Fe(Cp)2@CNTs，V(Cp)2@CNTs）进行理论计算。基于密度泛函理论（DFT）和非平衡格林函数方法（NEGF）理论，利用ATK软件设计不同填充状态下的Fe(Cp)2@SWNT、 Fe(Cp)2@DWNT、 V(Cp)2@SWNT、V(Cp)2@DWNT复合物的结构模型，计算优化后各结构的总能量、能带结构、态密度、分子能谱及本征态，得出各结构中存在填充物分子到碳纳米管管壁的电子跃迁，填充物分子存在陷阱态效果。在理论计算的基础上，实验合成Fe(Cp)2@CNTs复合物，首先利用体积比为1:3的浓硝酸和浓硫酸的混酸溶液对碳纳米管进行酸氧化改性，再将碳纳米管在氮气气氛下进行退火处理。酸氧化改性后的碳纳米管，长度更短、开口更多，有利于后续的填充实验。填充过程分别利用毛细填充法和气相沉淀法对碳纳米管进行填充，毛细填充法虽然实验条件简单，但填充率较气相沉淀法低，通常其填充率不足气相沉淀法填充率的一半。利用四探针测试仪对复合物导电性进行分析，发现导电性减弱，与理论计算所得结果相符，除此之外，采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜（TEM）对复合物进行形貌结构分析；采用X射线光电子光谱(XPS)对复合物成分进行分析。