富勒烯分子对很多有机试剂有较高的化学活性,将其基本的有机化学反应引入高分子化学的领域,大大拓展了富勒烯衍生物设计与合成的范围。例如,在过去的几年中,单取代或多取代富勒烯衍生物,如烷基、芳基、有机胺基、羟基、卤化物等各种功能基的富勒烯衍生物相继被合成出来。将具有独特结构的笼状分子键合于聚合物上可使其卓越的性能与柔性高分子母体性质相结合,从而有望生成一种具有新的性质并在技术上得到应用的新型材料,诸如优越的能量发射、光吸收、荧光、内部的电子或电荷转移、光致电子转移、高温超导等。内嵌金属富勒烯是一种新颖的富勒烯,当空心的富勒烯碳笼内包入金属原子时,所形成的化合物称为内嵌金属富勒烯或金属包合物(缩写为EMF),金属包合物既具有金属原子的性质,又具有富勒烯的性质,但比空心富勒烯具有更高的活性、热稳定性及光电化学特性。由于存在金属原子到碳笼的电子转移,还有可能使金属包合物具有某些特殊的性质。因此,人们预期金属包合物将会在功能材料、生物体系和催化剂等许多领域有广阔的应用前景。因此合成金属富勒烯化学修饰的高分子衍生物将为其在基础研究领域甚至应用方面打开新的一页。发展富勒烯的高分子衍生物的关键是能在温和的条件下,高产率的合成可溶、易加工的具有特定结构和性质的富勒烯高分子化合物。本论文是在课题组原有的工作基础上,并根据国内外相关领域的发展趋势,首次将金属富勒烯与聚合物结合起来,研究了用自由基聚合反应合成高分子修饰的金属富勒烯(Gd@C82)衍生物,并对合成的聚合物进行了结构表征,同时利用SEM/AFM联合分析了其表面形貌及相态,提出了新颖的机理对其进行了解释,并与相应的C60的衍生物作比较。本论文共分四章。第一章对富勒烯修饰的高分子衍生物的研究进展做了综述,特别是对金属富勒烯Gd@C82的结构特性及C60高分子化合物作了较系统的总结。第二章主要总结了实验部分所需要的实验原料、测试设备即合成方法。第三章首先合成了一系列C60的聚苯乙烯衍生物,通过改变不同的反应条件,如温度,引发剂的量及反应时间,研究了随着这些因素的变化导致的分子量的改变,从而摸索到了分子量分布相对较窄较均一的最佳条件。在相似的条件下合成了一系列金属富勒烯Gd@C82的衍生物。并用GPC, FTIR,13C-NMR, UV-Vis, TGA, DSC, XPS, CV, DPV, SEM, AFM等测试技术对产物的结构和性能作了表征。得出了三方面结论,第一,鉴于Gd@C82有较好的电子亲和力,GPC结果表明,Gd@C82-PS的分子量分布比C60-PS窄,这表明,在聚合中,Gd@C82具有比C60较强较快的捕捉自由基的能力,可迅速与引发剂发生反应。第二,UV, FTIR以及13C-NMR给出的信息可以确认Gd@C82分子已经键合于高分子链上。同时,随着Gd@C82含量增加,共聚物的还原电位出现了规律的负移,这主要由于含氧基团的引入使富勒烯捕捉自由基的能力增强造成的。因此,可以说,Gd@C82的键入影响了聚合物接受电子的能力,并且使得PS成为一种更好的绝缘材料。另外,热失重分析表明,共聚物分解温度的升高主要是聚合物与富勒烯分子之间键合作用的结果,而不是富勒烯分子掺杂于聚合物。同时,Gd@C82比C60更能有效的增强聚合物的热稳定性。第三,Gd@C82-PS表现出了电化学和热力学独特性,这与其特殊的结构是密不可分的。因此,我们观测了聚合物的AFM/SEM图,结果发现,Gd@C82-PS中的纳米粒子形成了以Gd@C82为壳以PS为核的自组装的球状核壳结构,而C60-PS形成了尺寸不均一,比较随机的聚集状态。并且分析原因得知,这主要是由于聚合物中分子间特殊作用力不同造成的,相比于C60,Gd@C82分子之间有较强的偶极-偶极相互作用力。同时,根据以上分析,提出了Gd@C82-PS聚合物形成的机理。第四章是关于金属富勒烯的新颖高分子衍生物结构与性能的总结。