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由于其独特的结构，单壁碳纳米管一经发现便吸引了全世界科学家的广泛关注，它已成为当前纳米研究领域最热门的材料之一。填充碳纳米管不但能改变碳纳米管本身的电学和力学性质，而且能改变被填充物质的性质。本论文主要围绕单壁碳纳米管的填充开展研究：
1.得到大量纯度高达95﹪以上的单壁碳纳米管：单壁碳纳米管由直流电弧法合成并经过改进的步骤纯化，所得大量高纯度的单壁碳纳米管为进一步的填充研究提供了必要的原料。
2.制备了超长单晶镍纳米线填充的多壁碳纳米管：利用直流电弧法得到的布状烟炱作为催化剂，通过CVD法首次成功获得超长单晶镍纳米线填充的多壁碳纳米管。填充入的镍纳米线为单晶结构，其直径在40纳米左右，长度可达数十微米。
3.制备了富勒烯填充的单壁碳纳米管(碳纳米豆荚)，填充比率高达85﹪以上：通过高温气相扩散的方法将富勒烯分子填充入SWNT中，在高分辨透射电子显微镜下观测到富勒烯分子在单壁碳纳米管中规则排列。对于C70分子，单壁碳纳米管的直径决定C70分子在其中取向：在管径小的单壁碳纳米管中，C70的长轴与单壁碳纳米管的轴向平行，呈平躺状态；在管径大的单壁碳纳米管中，C70的长轴与碳纳米管的轴向垂直，呈直立状态。与有关课题组合作成功制备了基于碳纳米豆荚的纳电子器件，并研究了碳纳米豆荚的电化学及输运性能。
4.首次用高分辨透射电子显微镜观察到钾掺杂的C60纳米豆荚中钾离子的位置及价态：通过高分辨透射电子显微镜及电子能量损失谱对材料进行了表征，结果表明在纳米豆荚中钾离子主要搀杂在相邻C60分子之间的位置上。钾的L边电子能量损失谱证明钾的价态为+1价，表明对材料进行了n型掺杂。该结构与K3C60超导体的结构非常类似，有望成为一维高温超导材料。
5.首次用高分辨透射电子显微镜观察到碘原子掺杂的C60纳米豆荚中碘原子的位置。在该材料中，我们观测到掺杂的碘原子(甚至单个原子)能催化C60的聚合，这是第一个直接观测到的单原子催化化学反应。
6.首次用高分辨透射电子显微镜直接观察到限域在单壁碳纳米管中的螺旋状碘原子链：碘原子以螺旋链状的形式填充入单壁碳纳米管中，其排列方式与单壁碳纳米管的直径以及结构密切相关。在不同直径的单壁碳纳米管中发现了碘原子的单螺旋，双螺旋以及三螺旋链。填充入的碘原子与单壁碳纳米管之间的强相互作用将导致单壁碳纳米管结构的扭曲。在该纳米限域空间内，我们首次发现了碘在螺旋状及晶态结构之间的相变。
7.合成了金属有机化合物二茂铁填充的单壁碳纳米管：通过气相扩散的方法首次将二茂铁高效率填充入单壁碳纳米管中，该杂化材料不但可以作为空气稳定的n型半导体材料，而且可以基于二茂铁的还原特性作为构筑基元制备各种器件。在高温退火后，填充入的二茂铁在单壁碳纳米管中分解形成另一层管，得到双壁碳纳米管。