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1985年,Smalley等人发现了碳的第三个同素异形体——富勒烯,此后不久,他们又在质谱中检测出La@C60的信号,证实了内嵌金属富勒烯的存在。随着1991年La@C82的宏量合成,内嵌金属富勒烯家族开启了飞速发展的历程。目前己发现的内嵌金属富勒烯主要集中在ⅡA和ⅢB,它们包括经典内嵌金属富勒烯以及金属氮化物、金属碳化物、金属氧化物、金属硫化物等内嵌金属原子簇富勒烯。 内嵌金属富勒烯独特的电子特性使得它在太阳能电池、生物医学、材料科学等领域都有着潜在的应用前景。但一直受困于合成产率的制约,对它的研究还局限在基础科研领域——实现内嵌金属富勒烯的规模化合成并将其应用于实际生产,是目前亟待解决的科学难题。本论文正是基于这样的研究现状展开工作,主要研究结果包括以下几个方面: 1.在合成方面,本论文通过优化微环境(直流电流、He气压力、C/La比例以及石墨阳极直径),提高了La@C82等La内嵌富勒烯的产率。与此同时,本论文研究了溶剂种类以及萃取方法对内嵌金属富勒烯提取分离的影响,并发现了一种高效分离提取内嵌富勒烯的方法。 2.在内嵌金属富勒烯的形成机理方面,我们通过原位捕获和后捕获的方法得到了一系列全氯代多环芳烃(包括:C6C16、C10C18、C16C110、C24C112、C22C112以及C30C120),通过一些条件实验和理论猜想,本论文提出了内嵌金属富勒烯“多环芳烃”的形成道路。