富勒烯骨架修饰及其应用研究

通过以富勒烯新反应为导向、采用机械研磨等非常规技术、以及功能为导向的富勒烯衍生物的合成研究，系统探索包括富勒烯、内嵌金属富勒烯在内的自由基反应、碳-氢键活化、与苯炔的[2+2]环加成、与1,3-偶极子的[2+3]环加成等化学反应；通过过氧键的断裂引发富勒烯骨架的碳-碳键断裂，进而合成含过氧基团富勒烯衍生物及其富勒烯开孔化合物，并借助一些可逆反应对孔径大小的调控从而控制开孔富勒烯与小分子形成的包合物；从富勒烯开孔化合物出发制备若干杂富勒烯；筛选出具有光反应活性的富勒烯的新型衍生物，然后将其作为电子受体制备出新型的有机聚合物太阳能电池，通过优化其结构得到具有较高光电转换效率的新型聚合物太阳能电池器件。

以富勒烯新反应和功能为导向，研究C60、C70、大碳笼富勒烯的新型反应和富勒烯骨架修饰以及新型内嵌金属富勒烯的制备及反应，对富勒烯化学具有重要的理论意义和应用前景。主要研究成果如下：.将钯催化官能团导向的C–H键活化反应和金属盐催化/促进的自由基反应应用于富勒烯化学，合成了富勒烯环状化合物，并可进一步转换为结构新颖的富勒烯产物；研究了C60/C70的多氨基化反应；通过骨架转变使大碳笼富勒烯的碳笼缩小合成了含七元环的非常规富勒烯氯化衍生物；合成和分离基于单金属氰化物原子簇的新型内嵌富勒烯MNC@C2n (M=Tb, Y, 2n=82, 76)，并研究了其单分子磁性；研究了Sc3N@Ih-C80与芳基叠氮的热和光反应，获得了[5,6]-和[6,6]-开孔氮杂三元环两种异构体。.系统探索了多种富勒烯骨架碳碳键的选择性切断方法，建立了一种基于过氧化物的富勒烯骨架修饰途径，合成了一系列结构新颖的开孔富勒烯衍生物。开展了富勒烯骨架碳的选择性取代反应研究，探讨合成杂富勒烯的可能途径。已合成了一系列单氮杂富勒烯C59N及其衍生物，并进而用于合成类双氮杂富勒烯。同时还合成了一些类氧杂富勒烯衍生物。最近合成了基于富勒烯的大环配体，发现该配体对于铜离子有选择性配位作用。.通过一步法合成了乙醇胺修饰的新型富勒烯衍生物C60-ETA，并将其作为电子传输层分别取代反型和正型聚合物太阳能电池传统的ZnO和Ca，在不同活性层体系中电池效率均高于相应的基于相应传统的ZnO或Ca电子传输层体系，证明了C60-ETA作为新型电子传输层的应用前景。