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内嵌富勒烯的研究，主要集中于单原子、双原子及化合物的研究，随着内嵌富勒烯的团簇的种类多样化、尺寸不断变大，对富勒烯结构的要求越来越高。当前寻求适合物质内嵌的碳笼、研究不同种类内嵌富勒烯的性质变化，以及拓展富勒烯的实际应用价值逐渐成为研究重点。对内嵌富勒烯性质的研究，主要集中在活泼性、应用价值、制备的可能性上。 本文对金属La与Sc内嵌富勒烯进行了探讨。根据内嵌富勒烯的稳定性和实际中制备的可能性，主要研究Cn（n>100）大环富勒烯。以元素La与Sc为代表的稀土元素在光学、材料、生物医药有很好的应用活性。本研究选取112个碳组成的富勒烯C112，利用Cage软件得到了C112的860161个异构体，分别筛选出符合IPR规则（无相邻五元环）和NIPR规则（有相邻五元环）的异构体。在NIPR异构体中，根据PAPR（pentagon adjacency penalty rule）规则，筛选出PA?2的NIPR富勒烯异构体。采用DFTB（Density Functional Based Tight Bonding）方法对3324个IPR异构体进行优化计算，选取能量差值在10 kcal/mol内的异构体。采用B3LYP/3-21G方法进一步优化结构，筛选出100个IPR富勒烯异构体，最稳定的空笼富勒烯异构体是符合IPR规则的D2:860117结构。对满足要求的IPR和NIPR异构体表面加上-6个电荷，选取能量差值在10 kcal/mol内的异构体，并采用B3LYP/3-21G//B3LYP/6-31G*方法进行优化及能量校正，得到5个能量最低的IPR与NIPR的富勒烯异构体，最稳定的C112-6结构为C2:860078。碳笼内金属的位置是实验与计算共同关心的问题，对于IPR富勒烯，内嵌金属的最小能量位置是金属位于轴两侧相对的六元环内侧，对NIPR富勒烯，两个内嵌金属的能量最小位置分别位于轴两侧五五环公共边与相对的六元环内侧。位置选取后，在能量最低的前5种C112-6中内嵌金属La2和Sc2，La2@C112与Sc2@C112计算单点能，最稳定的结构都是IPR规则的C112(C2:860078)结构。频率计算证明能量最低的10个内嵌金属富勒烯都是势能面上的极小值。利用配分函数得到了La2@C112不同异构体在3000K以内的热浓度曲线，在500-1400 K范围内，浓度最大的内嵌富勒烯异构体为La2@C2:860078，其浓度随温度升高单调递减，在1400 K时La2@C2:860136与La2@C2:860078浓度相似，超过1400 K后，La2@C2:860136浓度超过La2@C2:860078且在所有异构体中比重最大。从Sc2@C112的热浓度曲线得出，在0-4300 K范围内，浓度最大的内嵌富勒烯异构体是Sc2@C2:860078，随温度升高单调递减，Sc2@D2:860117浓度随温度升高增大，在1354 K时达到最大值28.4％，随后，温度继续上升，Sc2@D2:860117浓度开始下降，3000 K后浓度趋于稳定为14.7%。红外及拉曼计算提供了不同异构体的指纹识别谱图，La2@C2:860078在1620 cm-1处有一特征指纹峰，La2@Cs:854341的指纹峰在1440 cm-1处。Sc2@D2:860117在1493.87 cm-1处有一特征峰，Sc2@C1:859163在1430 cm-1处有特征峰值。利用ZINDO-SOS方法计算了C112中性结构的三阶非线性响应性质，计算得到了能量最低前5个异构体的THG、DFWM以及TPA非线性光学响应过程，较大的响应数值证明其具有较好的非线性性质。