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富勒烯在碳笼内具有球形的空间。中空空间相当独特,因为它是一个纳米尺度空间,且可以随富勒烯的大小而改变。考虑到碳元素的范德瓦耳斯半径(0.17nm),它们的直径范围从C60的0.4纳米到C240的1.0纳米。掺杂原子后能够改变富勒烯的分子和固体性质,于是人们自然的想尝试把原子嵌入这个空间内。内嵌金属富勒烯尤其让人们感兴趣是因为电子从内嵌金属原子转移到碳笼上,从而极大地改变了富勒烯的电子性质和磁性质。1985年Kroto等人在激光蒸发团簇束的质谱中发现了幻数C60后不久,他们在激光蒸发LaCl2-浸渍石墨时,在质谱中发现了的LaC60幻数特征。他们在质谱中观察到一系列幻数离子Cn+, LaCn+和LaC60+并得出La原子内嵌入球形C60中的结论。这是第一个基于实验提出的所谓的“内嵌金属富勒烯”概念。团簇富勒烯开辟了内嵌富勒烯新的篇章,这类富勒烯的特征是含有金属的团簇封闭在笼内。自从1999年发现氮化物团簇富勒烯以来,团簇富勒烯家族成员在过去的十几年里日益丰富,成员包括碳化物团簇富勒烯,碳氢化物团簇富勒烯,氧化物团簇富勒烯,硫化物团簇富勒烯和碳氮化合物团簇富勒烯。我们首先列出一些典型的团簇富勒烯和目前为止已报道的团簇富勒烯。对团簇富勒烯,我们将回顾其合成,分离和独特的分子结构和性质。例如氮化物团簇富勒烯这类最重要的团簇富勒烯,我们列出其发现过程,可以看出新的合成与分离方法和取得的新进展。之后叙述团簇富勒烯的潜在应用价值,我们可以看出到目前为止团簇富勒烯是内嵌富勒烯成员中发展最快的,还强调了探索团簇富勒烯的新结构和化学功能的重要性。目前为止,已发现的富勒烯都是含有过渡金属的,本论文在理论上提出了一种非过渡金属的团簇富勒烯的可行性—内嵌A14C的团簇富勒烯Al4C@C80-Ih。利用密度泛函理论对其几何特征和电子特性进行研究。团簇A14C转移六个电子到碳笼C80上形成稳定结构的Al4C@C80。合适的结合能与相当大的能隙和电子亲和能,离化势能表明Al4C@C80是相当稳定的。利用垂直电离能和垂直电子亲和能进行分析表明Al4C@C80是一种良好的电子受体材料。