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在过去的30年时间里,富勒烯以其独特的物化性质一直是纳米材料研究的热点,近百种富勒烯的表征和分离预示着富勒烯是一个庞大的家族,也表明该物种具有无限潜在的应用可能性。目前已经应用在多个领域,如光伏设备、生物医学、航天航空和光化学电池等领域。但是,与日俱增的应用需求对富勒烯的产量要求越来越高,这与现在富勒烯产量低劣的现实相悖,再者是生产成本高,这些刚性缺陷是阻碍其应用的最大原因。可以预见,未来数年,甚至是数十年,提高富勒烯产量和产率将成为该学科最重要的任务之一。而实现这一目标的前提是弄清富勒烯的形成机理,以便于合理地优化合成方法。本文通过计算模拟,阐述和证明了富勒烯通过C2增长的形成机理的合理性,此外,也对新合成的物种Sc2S@C84进行了理论的表征。具体如下：1)金属硫化物富勒烯Sc2S@C82的自下而上形成机理和异构化使用了密度泛函理论计算研究Sc2S@C82的热力学和动力学稳定性,继而通过封闭网络增长模型(CNG)研究Sc2S@C82的形成机理。计算表明,C2增长是从Sc2S@C82的C2插入然后通过一次Stone-Wales旋转得到,通过动力学模拟可知,增长的中间体有两个：Sc2S@C82-Cs(39704)和Sc2S@C82-Cs(39663),优势路径是通过前者；此外,异构体Sc2S@C82-Cs(6)与Sc2S@C82-C3v(8)可以相互转化,且是一个可逆过程。借助碳原子催化可以使整个反应的能垒大大降低,特别是在S-W旋转的过程中。这一工作对其它富勒烯的形成机理也可以提供参考。2) Sc2S@C84的理论研究Sc2S@C84一直未得到结构表征。密度泛函理论计算表明Sc2S@C84与Sc2C2@C84共享同一母笼；此外,有一个违背IPR规则的异构体Sc2S@C84:51383,在其中能量排序为第二低,但其HOMO-LUMO值是所有异构体中最大的,这一结果表明其较高的动力学稳定性。分析还表明,异构体Sc2S@C84:51575在温度超过2800K时可以转化为异构体Sc2S@C84:51591。分子轨道表明,团簇Sc2S和Sc2C2均向碳笼转移四个电子。QTAIM量子软件分析表明Sc2S与笼C84：51591间存在共价相互作用。最后提供了Sc2S@C84的IR光谱,这为未来富勒烯表征提供了理论参考。