1、合成并表征了俄罗斯套娃型内嵌富勒烯C₂@Sc₄@C₈₀， Sc₄C₂团簇是6个原子组成的最大的金属碳化物内嵌团簇。Sc₄C₂@C₈₀ 所特有的嵌套结构及其正负间杂的电子层，在单分子器件、光电磁材料等方面具有潜在的应用（J. Am. Chem. Soc. 2009,131,16646-16647）。

2、研究了金属富勒烯Sc₃C₂@C₈₀的化学反应特性以及对分子EPR的调控，这种通过笼外化学修饰来改变内嵌Sc₃C₂团簇的结构进而调节分子磁性质的方法为富勒烯分子器件的构筑和基于富勒烯的量子计算机研究提供了基础（Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 1786 –1789）。我们进一步分析了Sc₃C₂@C₈₀双加成产物的ESR顺磁性质，分析发现金属富勒烯内3个Sc的电子环境均不相同，并使得单电子与磁性核耦合产生了复杂的ESR波谱（Dalton Trans., 2012, 41, 2567-2570）。

3. 合成并表征了第一例基于NC单元的金属化合物内嵌富勒烯Sc₃NC@C₈₀-I_h，这是第一个内嵌有双组份金属化合物的新型分子。并且内嵌的NC之间以双键连接，并与三个Sc形成五原子共平面结构（J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 16362-16364）。进而我们发现了Sc₃NC@C₇₈的分子，这是第二例基于NC单元的金属富勒烯，结果显示该分子的外层碳笼含有两对相邻五元环，属于非常规的C_78-C₂结构（J. Phys. Chem. C, 2011, 115, 23755–23759）。

4、合成了金属富勒烯Y₂@C₇₉N，并研究了外部化学修饰对分子顺磁性质的调控，研究结果表明化学修饰后Y₂@C₇₉N分子内的电子自旋具有了各向异性，我们还进一步考察了Y₂@C₇₉N分子磁性随温度变化的规律，这些结果有助于进一步研究该分子在量子信息处理上的应用(Chem. Commun., 2012, 48, 11570-11572) 。

5、将顺磁性的Sc₃C₂@C₈₀和Y₂@C₇₉N分子填充到金属有机骨架化合物MOF-177晶体的孔笼中，发现了MOF孔笼与金属富勒烯之间较强的主客体作用（Nanoscale, 2018；等）。这种孔笼的限域效应影响了分子的运动和取向，进而调控了分子的顺磁性质。特别是Y₂@C₇₉N在MOF-177中的自旋体系从磁各向同性向各向异性转变，结合理论计算表明低温下Y₂@C₇₉N分子在孔笼内取向排列（J. Am. Chem. Soc., 2015；等）。通过这种自下而上的组装方式，我们可以开发金属富勒烯与MOF的复合磁性材料，操控分子进而调控材料磁性。

6、金属富勒烯的电子自旋对外部环境的响应性可用于设计分子级别的磁探针，用于探测环境的变化。例如将氮氧自由基通过加成反应连接在顺磁性的Sc₃C₂@C₈₀上，氮氧自由基可以通过自旋-自旋相互作用调控Sc₃C₂@C₈₀的ESR信号，基于此可以实现Sc₃C₂@C₈₀的ESR信号的开和关。Sc₃C₂@C₈₀对分子弱磁场如此灵敏的感应也可用于设计二元磁感应体系和量子信息通讯（Nat. Commun., 2015）。