镧系内嵌金属富勒烯中镧系金属离子，因其特殊的f层电子，不仅受到外层轨道的屏蔽作用而且因为自旋-轨道耦合作用使f层的自旋电子具有明显的磁各向异性，另外通常镧系金属离子本身具有较大的自旋基态，这些性质都能够满足镧系金属富勒烯成为单分子磁体的必要条件。但不同于传统的镧系配合物单分子磁体，镧系金属富勒烯单分子磁体中的镧系金属离子不仅受到内嵌团簇中的配位场作用，而且还受到来自于外部碳笼的晶域场作用，以及金属离子的自旋电子与碳笼上的π电子之间的相互作用等，这些都是影响其单分子磁体性质的主要因素。　　本论文重点论述了内嵌金属富勒烯单分子磁体的磁性，并通过碳笼上的化学修饰探讨了改变碳笼对称性和碳笼表面电荷分布对分子的磁性影响，设计和构筑了具有三维有序结构的磁性复合材料，对单分子磁体进行磁性调控，最后又设计了氮氧自由基和磁性内嵌团簇双自旋体系，借助氮氧自由基的EPR信号改变来研究内嵌团簇的磁性。具体有以下几个方面:　　（一）首先我们研究了LnxSc3-xN@C80(Ln=Dy和Tb，x=1，2)几种镧系内嵌金属富勒烯的磁性，通过实验证实DySc2N@C80和Dy2ScN@C80分子都具备单分子磁体的性质，并通过自旋基态能级的不同讨论了两者在零场时的量子隧穿效应。接着又通过化学反应在碳笼上修饰了吡咯环和通过电荷转移在碳笼上转移一个负电荷，分别讨论了这两种改性后的DySc2N@C80衍生物的磁性。研究发现化学修饰可以增加内嵌磁性团簇的磁各向异性和改变Dy3+离子的晶域场作用，增加了分子的有效磁矩（14.89μeff）。但不能改变零场下的去磁现象。[DySc2N@C80]-虽然增加了碳笼的电荷分布，但减小了磁性内嵌团簇的磁各向异性，削弱了DySc2N@C80分子的磁滞现象。　　（二）将具有单分子磁体性质的DySc2N@C80分子与具有三维有序孔道的金属有机骨架化合物MOF-177构筑成一种三维的磁性复合材料。通过XRD，BET和TEM等表征手段证实了DySc2N@C80分子进入了MOF-177的孔道中，并利用SQUID测试了复合材料的磁性，结果发现进入孔道内的DySc2N@C80分子的磁滞回线在零场下的去磁现象消失，并保留下明显的剩磁，通过分析发现DySc2N@C80分子与MOF-177的孔道之间不仅存在强的π-π相互作用，它们之间还可能存在电荷转移或声子-自旋相互作用，导致了磁性DySc2N的晶域场变化，使分子基态能级发生改变，最终有效地抑制了量子隧穿效应的发生。　　（三）我们通过在碳笼上连接氮氧自由基制备了Dy3N@C80位置异构体衍生物，并研究了磁性团簇Dy3N和氮氧自由基之间的相互作用。结果显示在这两个位置异构体中存在不同的偶极-偶极相互作用，其中[6，6]异构体具有较强的偶极-偶极作用，导致了氮氧自由基信号减弱。通过理论计算发现氮氧自由基与异构体中的Dy3N团簇距离和取向的不同导致了偶极-偶极相互作用的不同。基于此可利用Dy3N@C80作为分子雷达探测碳笼周围的自由基信号。