内嵌富勒烯因其内嵌物种和碳笼结构的多样性,具有特殊的电子结构和物理化学特性。近年来,内嵌富勒烯在生物医学,有机光伏器件等领域表现出较好的应用前景。内嵌富勒烯的种类也由内嵌单金属富勒烯,拓展到内嵌双金属富勒烯,内嵌三金属富勒烯和内嵌金属原子簇富勒烯等。这些已报道的内嵌富勒烯中,其内嵌金属多为镧系金属。镧系金属多以+3价形式存在,而锕系元素Th的特征稳定价态为+4,U元素则拥有更丰富的价态+6,+5,+3,+2等。因此可以预测,基于锕系金属的内嵌富勒烯与基于镧系金属的内嵌富勒烯的电子结构可能会有显著的差异。然而,到目前为止,对锕系金属内嵌富勒烯的研究多停留在理论化学方面,实验上的研究还仅限于早期在质谱中观察到的一些数据以及U@C₈₂和Th@C₈₄的光谱学研究。基于此,本论文立足于新型内嵌锕系金属富勒烯的合成以及对其结构和性质的研究,主要开展了以下几个工作:（1）以ThO₂作为金属源,在He气氛下通过直流电弧放电法,首次合成一系列的内嵌锕系金属富勒烯Th@C_2n（n=37-48）,并对其中产率最高的Th@C₈₂一个异构体进行了全面的表征。X射线衍射确定其碳笼结构为C_3v（8）-C₈₂。结合理论计算发现Th@C_3v（8）-C₈₂是首个报道的存在4电子转移的单金属内嵌富勒烯,即内嵌的Th向C₈₂碳笼转移4个电子。电化学研究表明Th@C_3v（8）-C₈₂具有较大的电化学能带隙值,这与它所对应的高产率相一致。另外,Th@C_3v（8）-C₈₂是目前发现的唯一在可见区有荧光跃迁的富勒烯,也是目前唯一有荧光特性的含Th（Ⅳ）化合物。这个工作揭示了内嵌锕系金属富勒烯的电子结构和物理化学性质与以往报道的镧系金属内嵌富勒烯存在显著差异,拓展了内嵌富勒烯的研究领域。（2）首次分离得到了一系列的基于Th的单金属新结构锕系内嵌富勒烯,包括Th@C₈₀,Th@C₈₂的两个异构体(Th@C₈₂（Ⅱ）,Th@C₈₂（Ⅲ）),Th@C₈₄以及Th@C₈₆的两个异构体(Th@C₈₆（（40））,Th@C₈₆（Ⅱ）)。通过紫外可见近红外光谱进行表征,并对其中一些内嵌富勒烯的碳笼结构进行了初步推测。结果表明,Th@C₈₂（Ⅲ）的碳笼结构可能为C_s（6）-C₈₂,Th@C₈₆（Ⅱ）的碳笼结构可能为C_2v（9）-C₈₆,Th@C₈₀与Th@C₈₄的没有明显的紫外特征吸收,与已报道的C₈₀或C₈₄碳笼富勒烯的吸收不同,可能是未被发现的新结构富勒烯。荧光光谱研究发现这一系列的单金属锕系内嵌富勒烯Th@C_2n（2n=80,82,86）的荧光发射峰位置并不会受碳笼尺寸与构型的影响,但其强度因碳笼的结构不同而有所差异。其中Th@C₈₀的荧光发射峰强度最高,这和其紫外吸收谱图中没有明显的吸收峰的结果相吻合。（3）首次报道了宏观量级的内嵌锕系双金属富勒烯Th₂@C₈₀的合成与分离纯化,并对其进行紫外可见近红外光谱表征。研究发现,其紫外可见近红外光谱与La₂@I_h-C₈₀等基于I_h-C₈₀的内嵌富勒烯有较高的相似度,Th₂@C₈₀的碳笼结构可能为6电子转移的I_h-C₈₀,其团簇内Th的氧化态可能为+3价,Th₂@C₈₀有可能是首次发现的含有稳定的Th³⁺的化合物。