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纳米空心球和纳米胶囊作为一种特殊的零维纳米结构，既有基础理论研究的意义，又有十分重要的应用前景。这类新颖结构的合成、改性和应用是当今重要前沿课题。碳纳米胶囊作为其中的重要成员，其化学官能化的研究刚刚起步，仍有许多需要发现和亟待解决的问题。本论文在发展纳米空心球和纳米胶囊的制备方法、拓展A1N新体系及其表面包覆、探索碳纳米胶囊的化学官能化方面取得了一定的进展，也得到了一些新颖而有价值的研究结果。归纳如下：
1．通过自模板方法，以不规则形貌的纳米Al粉为原料，成功合成了未见报道的多晶AlN纳米空心球。这种AlN纳米结构具有较多的表面和界面原子，导致了在拉曼光谱上只存在E<,2>（high）一种振动模式。A1N纳米空心球除了具有AlN纳米粒子的本征蓝光发射外，还存在较强的绿光发射能力，有望在半导体发光器件上得以应用。
2．在A1N纳米空心球的制备基础上，利用气相化学沉积方法，合成出碳包覆的A1N纳米空心球。高分辨电镜表明，所包覆的碳层较薄且成分以多晶和非晶为主。水解实验表明，经过碳包覆的A1N纳米空心球具有较强的抗环境侵蚀能力。碳包裹方法为解决A1N纳米结构易于水解这一难题提供了可能的途径。
3．以可大量合成的碳包铁纳米胶囊为前驱物，通过研究内部的铁核在不同条件下的HNO<,3>和HCl溶液中的溶解行为，优化了一条HNO<,3>和HCl的组合酸处理路径，制备出碳纳米空心球。此方法得到的碳纳米空心球的壳层上存在着许多孔道和缺陷，表面羧酸官能团为其官能化奠定了基础。
4．参考碳纳米管的氧化官能化方法，研究了HNO<,3>、KMnO<,4>和HNO<,3>／H<,2>SO<,4>混酸几种氧化剂在一定实验条件下对碳包镍纳米胶囊的“控制”氧化作用，结果表明：KMnO<,4>对非晶碳具有较强的去除能力而不适用于官能化碳纳米胶囊，而酸氧化可在碳纳米胶囊上嫁接酰基。在此基础上，通过生成酰胺化合
物将十八胺连接在碳纳米胶囊上。实际上，由于碳纳米胶囊的富勒烯状碳壳存在多处活性位，有可能有部分十八胺直接与之发生加成反应而以类聚合物的形式包覆在纳米胶囊表面。这两种因素导致修饰后的碳纳米胶囊密度降低而漂浮在CH<,2>Cl<,2>溶液表面。氧化官能化的成功进行为这些纳米粒子提供了丰富多彩的化学修饰条件，这对于深入认识碳纳米胶囊的性能、拓展其应用具有重要作用。 5．碳纳米结构的加成官能化因具操作简单、易于控制和可规模化进行等特点而备受关注。参考单壁碳纳米管侧壁自由基加成方法，以合成的乙二酸酰基过氧化物与碳纳米胶囊进行反应，利用热重－质谱、红外光谱、拉曼光谱和X射线光电子能谱等多种现代分析手段证实了在碳纳米胶囊的碳壳上进行了自由基加成反应。该反应具有一定的代表性，对于碳纳米胶囊进行其它自由基加成反应的研究和应用具有重要参考价值。