1985年，H.W.克罗托、R.E.斯莫利和R.F.柯尔合作研究富碳红巨星周围空间长链分子的形成机理。用时间飞行质谱仪研究激光蒸发得到的产物时发现，碳可以形成n＜200的C_n碳原子簇，当n＞40时，簇中碳原子数仅为偶数，并发现C₆₀的质谱峰明显高于其他碳原子簇的峰。在预言C₆₀结构时，由于受美国建筑学家B.富勒^[注]用五边形和六边形构成的拱形薄壳建筑结构的启发，提出C₆₀分子的结构是由12个五边形和20个六边形组成的酷似足球的结构，并以其名命名C₆₀。除C₆₀外，具有封闭笼形结构的分子还有C₂₀、C₅₀、C₇₀、C₇₆、C₇₈、C₈₄、C₁₂₀、C₅₄₀等，呈现出变形的球体和椭球体型。将这些全碳封闭多面笼状结构的系列物统称为fullerene，中文命名为富勒烯，各同系物的命名为富勒烯C₆₀、富勒烯C₇₀等。

富勒烯的结构主要是以五边形和六边形面组成的凸多面体。最小的富勒烯是C₂₀，呈正十二面体的构造。C₆₀是富勒烯中最稳定的分子，分子结构为球形32面体，由20个六元环和12个五元环连接而成的具有30个碳碳双键的笼状空心分子，每个C原子和相邻3个C原子形成3个σ键，剩余轨道和电子组成离域π键。C₆₀分子点群属，X射线单晶衍射数据表明，[6,6]键长135.5皮米，[5,6]键长146.7皮米。C₇₀分子近似为椭球形，由25个六元环和12个五元环组成。富勒烯不仅含有六元环，还有五元环，偶尔还有七元环。球烯之间还可相互连接形成聚合球碳。C₆₀是非极性分子，易溶于芳香性溶剂和二硫化碳中。易升华，熔点＞280℃，密度1.678克/厘米³。

富勒烯具有不饱和性，可发生聚合反应，也可发生加成反应、亲核与亲电加成反应，如OsO₄与C₆₀形成的加成产物（图1），以及Ni(Me₃P)₂Cl₂和C₆₀形成的Ni桥联富勒烯聚合物（图2）。通过化学修饰可以在富勒烯的笼外引入功能化基团形成富勒烯衍生物，如与金属形成金属富勒烯盐K₃C₆₀（图3）等；可作为配体生成金属配合物，如生成碳笼外键合的[Os(Py)₂O₂O₂C₆₀]。

图1 [Os(Py)₂O₂O₂C₆₀]

图2 [{Ni(Me₃P)₂}(μ-C₆₀)]_n的结构

图3 K₃C₆₀

对富勒烯中空的碳笼进行掺杂得到的超分子笼状嵌套体系为内嵌富勒烯，富勒烯碳笼的保护使内嵌金属离子或团簇显示独特的电子结构及自旋特性，在高密度信息存储、量子信息处理与调控等方面具有重要的应用价值。富勒烯中内嵌的物质可以是金属、非金属、稀有气体等，如单金属内嵌富勒烯La@C₈₂，双金属内嵌富勒烯Ce₂@C₈₀等，多金属内嵌富勒烯Co₅@C₈₀等，金属碳化物内嵌富勒烯Sc₂C₂@C₈₂、Sc₃C₂@C₈₀（图4）等，金属氮化物内嵌富勒烯Sc₃N@C₆₈等，金属碳氮团簇内嵌富勒烯Sc₃CN@C₈₀等，金属氧化物及硫化物内嵌富勒烯Sc₂S@C₈₀等以及非金属内嵌富勒烯He@C₆₀、H₂@C₆₀、N@C₆₀等。

图4 Sc₂C₂@C₈₂和Sc₃C₂@C₈₀

富勒烯还能作为客体分子与富π电子化合物或者大环分子等形成超分子自组装体。如苯并冠醚修饰的四硫富瓦烯（exTTF）通过π-π和n-π作用与C₆₀和C₇₀形成的超分子复合物。

1990年，W.克雷奇默^[注]和D.R.赫夫曼^[注]用电弧法大量合成富勒烯获得成功，为其深入研究奠定了物质基础。电弧石墨蒸发法是在惰性气体中，石墨电极之间电弧放电生成的碳烟中提纯出富勒烯，是实验室中制备富勒烯常用方法。1991年利用电阻加热蒸发石墨实现了富勒烯的宏量合成。火焰燃烧法是将苯、甲苯等碳氢化合物蒸气与氧气不完全燃烧生成的碳烟，经重结晶制得富勒烯，是工业中制备富勒烯的常用方法。除此之外，富勒烯的制备方法还有石墨蒸发法、热解化学气相沉积、激光辐射法、等离子体法和有机合成法等。

富勒烯的发现开辟了人类对碳元素认识的新阶段，使人们了解到一个新的碳物质世界。富勒烯的出现不仅丰富了科学理论，也显示了巨大的应用前景。富勒烯可用于气体的贮存；可作为润滑剂；掺钾C₆₀具有超导性，超导临界温度为18K，后续发现Rb₃C₆₀超导临界温度为29K；富勒烯衍生物及聚合物可作为光电传感器和太阳能电池，如TTF、TCNQ等有机给体分子修饰的C₆₀呈现出良好的光电性能；C₆₀非线性光学系数大，可用于光计算、光记忆、光信号处理等领域；富勒烯衍生物可作为新型催化剂，如Pt(PPh₃)₂C₆₀（PPh₃为三苯基膦）对于硅氢加成反应具有很高的催化活性；C₆₀可做成金刚石镀层；富勒烯衍生物还具有抑制人体免疫缺损蛋白酶活性的功能，多羟基富勒烯可作为抗癌药物载体，富勒烯及其衍生物家族在抗病毒、光动力疗法等方面均有广泛应用前景。