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金属富勒烯由于其独特的几何结构、电磁性质，以及良好的化学反应性，在生物医学，电磁功能材料，以及分子器件等领域显示出广阔的应用前景。因此，研究金属富勒烯和内包金属原子的电子性质，尤其是金属富勒烯经过化学修饰后内包金属原子的电子性质，无论在基础研究领域还是对于材料的实际应用方面，都具有重要而广泛的现实意义。本文主要研究了外部化学修饰对金属富勒烯中内嵌金属原子的电子性质进行调节的可能性，以及碳笼的多羟基外部化学修饰对内嵌金属原子电子性质的调节行为。
首先对本实验室金属富勒烯的合成条件进行了优化。把Gd2O3与石墨碳粉掺杂碳棒的烧结温度提高到2000℃，改Gd2O3/石墨碳粉掺杂为Gd2O3/Ni/石墨掺杂，以及提高充入氦气前合成装置内的真空度，都可以提高金属富勒烯的合成产率。
利用碱性反应方法合成了多羟基金属富勒醇。为研究金属富勒烯内嵌金属原子在不同化学衍生条件下内嵌金属原子的电子性质行为，采用Sephadex G-25层析柱分离，获得了羟基数目分布较窄、具有不同羟基数目的Gd@C82(OH)x。
采用同步辐射X射线光电子能谱对Gd@C82(OH)x的电子性质进行了研究。金属富勒醇分子中存在[外接羟基]—[富勒烯碳笼]—[内包金属原子]三明治型电子相互作用。通过三明治型电子相互作用，在碳笼上连接不同数目的羟基，可以调节内嵌金属Gd原子与富勒烯碳笼电子相互作用的方向和强度，从而调节内嵌金属原子的电子性质。
随着羟基在富勒烯碳笼表面不断增加，Gd@C82(OH)x中Gd4f和5p能级呈周期性地出现和消失。Gd5p能级劈裂与Gd4f能级电子发射增强相关。通过分子中存在的电子协同作用，可以调节羟基、碳笼和内嵌Gd原子间的电子相互作用，并调节内嵌Gd原子与碳笼之间的电子云重叠，从而导致Gd5p和4f能级周期性地变化。
Gd@C82(OH)x的同步辐射UPS研究结果表明，在4℃条件下存放两周后，Gd@C82(OH)12和Gd@C82(OH)26中出现了清晰的费米能级，而在Gd@C82(OH)20中则没有观察到，且费米能级降低。在Gd@C82(OH)12和Gd@C82(OH)26中加成的羟基使金属富勒烯的偶极矩增加，在低温下逐渐微晶化，从而导致产生清晰费米能级。
Gd@C82(OH)12和Gd@C82(OH)26随着温度的降低，样品原本清晰的费米能级结构消失，且费米能级逐渐减小，样品的发射也逐渐降低，说明急剧温度变化不利于分子团簇微晶化过程。