足球烯C₆₀的发现开辟了富勒烯材料科学的一个有趣的新领域。富勒烯的研究虽然广泛,但其形成机理尚不清楚,这也是富勒烯化学中最具挑战性的课题之一。目前,研究人员通常认为富勒烯的形成包含自下而上、自上而下和上下结合三种模式。富勒烯成核与生长的原子尺度模拟是理解富勒烯生长机理的关键,而实验方法很难直接观察到中间体产物。理论方法中,密度泛函方法（DFT）通常只能处理碳原子数一般小于200的体系。而反应力场分子动力学模拟方法可以处理上千及以上原子的体系却能保留了不错的精度,这为研究富勒烯的形成机理提供了一条可行的途径。本论文主要利用反应力场分子动力学方法模拟研究了3500 K时C₁～C₇的12种小碳团簇形成富勒烯的演化过程以及C₂H₂、C₂H₄、C₂H₆、苯、萘、蒽、菲等7种小分子烃在相应的温度下（1000 K,2000 K,3000 K,3500 K,4000 K,5000 K）H原子的脱离与H₂的生成对形成富勒烯的影响。（1）小分子碳团簇形成富勒烯的分子动力学研究小分子碳团簇形成富勒烯的早期演化过程,分子动力学模拟结果表明,虽然所有初始结构最终都形成了富勒烯,但是早期反应模式不同。在这个过程中,C₂和C₃是形成富勒烯的关键中间体,12种初始结构体系中均存在较多的C₂与C₃结构。5 ps内,初始单碳原子主要生成C₂与C₃团簇;初始C₂团簇未发生反应;初始线状C₃与环状C₃结构都呈现出分解的趋势,并且环状C₃结构更容易发生分解;初始线状C₄结构表现出自环化反应生成三元环结构,初始环状C₄结构开始表现出缩环反应;与初始C₄结构相似,初始线状与环状C₅结构表现出自环化与缩环反应,同时进行着生成C₂与C₃结构为主的分解反应;初始环状C₆体系中的缩环反应先后生成五元环、四元环与三元环,并且得到的五元环与四元环的数量并不稳定,会相继发生进一步的缩环与分解反应;初始C₇结构表现出与初始C₆结构相似的趋势。250 ps时,体系的势能-时间曲线、环结构数量—时间曲线以及物种数量—时间分布曲线的结果表明,不同初始环状结构体系在反应过程中表现出相似的的转化率,并且初始结构不能直接组装到最终的类似富勒烯的笼状结构中,而是需要首先经过分解或者环化反应,然后重新组装生成小的笼状结构,接下来,其中一个笼状结构作为核心逐渐吸收周围的小碳碎片,以此来实现笼状结构尺寸的增长。在实际实验中,最终笼状结构的物种数(主要是C₆₀和C₇₀)比分子模拟的结果要多得多,原因是在实际反应中,形成的碳笼会逐渐扩散到反应容器中温度较低的位置,随着温度的逐渐降低,形成的笼状团簇并不是持续生长。（2）小分子烃形成富勒烯的分子动力学研究小分子烃形成富勒烯的过程,不同初始结构最终都形成了片层状或者富勒烯笼状结构。研究表明,反应过程中会先经过脱氢的过程,这个过程中脱氢量随着初始结构不饱和度的增加而减少。在3500 K及其以上的高温条件下,一定时间之后,游离的H原子以及用于生成H₂的H原子的脱离是不完全的,总会有大约1/3的烃结构存在于体系中,这些烃结构的绝大部分为C₂H_n（n=1,2,3）,七种不同的烃体系含有相同的碳原子个数,都为840个,虽然不同体系中含有的H原子个数不同,但是不同体系达到平衡状态时的脱氢比率是相近的。脱氢过程在初始阶段是促进C与C之间进行反应的,但是随着脱氢数量的增加,脱离的H原子以及生成的H₂分子的存在会阻碍C与C之间的反应,同时也会抑制体系中剩余烃结构的脱氢过程。脱离的H原子形成的H₂相当于实验制备富勒烯所用到的氦气流,在大量H₂分子以及H原子的包围下,使得已经生成碳团簇的结构逐渐趋近于较为完好的笼状结构。富勒烯模拟生成的最佳温度处于3500 K左右。C₂H_n（n=1,2,3）是烃体系模拟生成富勒烯的重要中间体。