自1985年被首次发现以来，富勒烯一直受到广泛的研究。近来，富勒烯在基础和应用研究中受到了越来越多的关注。为了研究富勒烯的形成机理，本组在氯参与的条件下进行富勒烯的合成，以捕获富勒烯相关的碎片和不稳定的富勒烯异构体；并在近年来成功地对碳氯团簇，如由氯稳定的富勒烯碎片(小尺寸碳氯团簇)和由氯稳定的富勒烯异构体，进行了捕获、分离和表征。本组前人对小尺寸碳氯团簇的性质进行了较为系统的研究。基于本组前人的研究结果，“小尺寸碳氯团簇的功能化”这个能够拓展碳氯团簇应用研究的更高研究目标成为了本论文的研究主题。 本文围绕着这个主题，主要在： (1)小尺寸碳氯团簇的化学合成和反应研究； (2)基于小尺寸碳氯团簇构筑功能化材料以及对这些材料的应用研究； (3)对在小尺寸碳氯团簇氨基功能化中作为催化剂的氧化铁纳米材料的合成：这三方面展开研究工作。主要的研究结果主要包括以下几个方面： 第一章，对富勒烯相关的碳氯团簇和氯化富勒烯的合成、小尺寸碳氯团簇的反应、小尺寸碳氯团簇的功能化、近年来对Fe3O4胶体纳米晶簇(小尺寸碳氯团簇氨基功能化中理想的催化剂)的合成与应用研究这几个相关的研究方向的研究进展做一个简要的回顾和总结；并基于此阐明本文的研究意义与研究内容。 第二章，我们通过PCl5和“BMC”(AlCl3、S2Cl2与SO2Cl2的混合)为氯化试剂成功地利用化学合成获得了C16Cl10(全氯代苯并苊烯)、C12Cl8(全氯代苊烯)、C14Cl10(全氯代菲)、C16Cl10(全氯代芘)、C10Cl8(全氯代萘)这一系列的小尺寸碳氯团簇。而这种小尺寸碳氯团簇的合成方法同时也能够被拓展，如通过C60和PCl5的反应，我们得到了D3d-C60Cl30。这些结果揭示了通过化学合成的方法，可以成功获得纯净的小尺寸碳氯团簇和氯化富勒烯。通过对全氯代苯并苊烯和2-巯基-5-甲基-1，3，4-噻二唑钠盐的Williamson反应条件控制，我们获得了一系列不同取代数目(n=1～4)的产物；并成功分离、表征了一、三取代衍生物的结构。通过对产物晶体结构指认，实现了对全氯代苯并苊烯中不同的个取代位点的活性差异指认。 第三章，我们通过溶剂热条件下的C16Cl10(全氯代苯并苊烯)与2，5-二巯基-1，3，4-噻二唑二钠盐的Williamson反应成功地获得了形貌均一的微球和纳米管。利用原料全氯代苯并苊烯的在反应体系中初始形貌(通过全氯代苯并苊烯溶解情况调节)不同，我们可以对生成的产物形貌(微球或纳米管)进行调控。通过质谱的分析，所得到产物的基本结构单元为全氯代苯并苊烯的二取代衍生物。通过对这些基于全氯代苯并苊烯获得的材料在生长过程中的中间产物进行捕获，我们揭示了自组装途径和自模板途径分别为微球和纳米管的生长机制。所得的微球在波长700～1800 nm处具有纳米管所没有的较强近红外吸收，这展现了基于全氯代苯并苊烯构筑的材料的“形貌依赖”性质。 第四章，基于第三章的研究结果，我们将不同结构的小尺寸碳氯团簇(在第二章中合成)分别与2，5-二巯基-1，3，4-噻二唑二钠盐在溶剂热条件下进行Williamson反应，获得了一系列表面巯基功能化的有机微球；同时我们将微球合成中所使用的2，5-二巯基-1，3，4-噻二唑二钠盐成功地替代为Na2S或乙二硫醇二钠盐，展示了这种基于小尺寸碳氯团簇构筑巯基功能化微球的合成方法的普适性。时间跟踪实验的结果说明了这些基于小尺寸碳氯团簇构筑的微球有着相似的生长过程。微球表面拥有较高化学反应活性的巯基是这些所获得的微球最突出的性质。通过Au与巯基之间的作用，可以使Au纳米粒子很稳定地负载于微球表面，而不容易出现因Au纳米粒子的脱离导致的Au纳米粒子团聚。以这种负载型Au/微球作为对硝基苯酚还原的催化剂，在八轮连续的催化反应中展现了很好的循环使用性；而作为对比的未经负载的Au纳米粒子，在同样的催化反应中，经两轮循环使用后硝基苯酚的转化率就已大幅度下降。由于巯基与重金属离子的络合作用使得巯基功能化的微球能够成为重金属离子的有效吸附剂，所得的巯基功能化的微球对Pb2+的吸附容量超过了100㎎/g。此外，通过巯基与罗丹明B的反应，很容易使得巯基功能化的微球转化为荧光微球。以上三个与巯基相关的应用，展现了这种巯基功能化的微球有很好的应用研究前景。 第五章，我们通过简单的“一锅”合成的途径成功获得了球形的α-Fe2O3胶体纳米晶簇(CNCs)。这种α-Fe2O3 CNCs由尺寸在20 nm左右的纳米晶通过取向附着生长(oriented-attached)组成，具有类似单晶的性质。表面活性剂PVP和使用的混合溶剂对控制初级粒子的大小和最终产物的形貌有着至关重要的作用。所得的α-Fe2O3 CNCs在气敏、光催化和重金属离子吸附方面展现了良好的性能。 第六章，我们通过使用混合溶剂(乙二醇/THF)，获得了具有不同初级粒子尺寸的Fe3O4 CNCs。通过对混合溶剂的比例进行调节，可以对Fe3O4 CNCs的初级粒子的尺寸以及Fe3O4 CNCs的实心或空心结构进行有效地控制。通过时间跟踪实验的结果，我们揭示了基于“奥斯瓦尔德熟化”过程所导致Fe3O4 CNCs的初级粒子尺寸变化以及空心结构的形成。所合成的不同的初级粒子尺寸的Fe3O4CNCs显示了由初级粒子尺寸控制的磁学和吸波性能。此外，我们建立了不添加表面活性条件下合成超顺磁性Fe3O4 CNCs的方法。通过使用Fe(NO3)3·9H2O和尿素为原料、以乙二醇为溶剂，我们获得了由尺寸在10 nm左右的纳米晶通过取向附着生长组成的超顺磁性球形Fe3O4 CNCs；同时，基于这种方法也能够合成的超顺磁性铁酸盐CNCs，如ZnFe2O4和MnFe2O4。 第七章，基于pH诱导的策略我们通过一步水热合成法得到了β-FeOOH纳米棒的自发三维组装结构。反应原料中所使用的尿素是获得组装结构的关键，随着尿素逐渐分解能够改变反应体系的pH值；继而能够调节粒子间的作用，实现在合成β-FeOOH纳米棒的同时进行组装。这种简单的方法能够实现对β-FeOOH纳米棒的有效2D，3D自组装。这种组装策略，对β-FeOOH纳米棒以及其它的功能纳米材料的自组装提供了良好途径，在基础和应用研究中有着一定的指导意义。