富勒烯是單質碳被發現的第三種同素異形體，是一系列由碳組成的籠形分子，呈凸多面體形狀，大多為五邊形或六邊形面，具有硬度高、延展性強、導電性強、質量較輕的性質。富勒烯分子具有獨特的三維拓撲結構以及物理、化學性質，由該類分子構建的材料具有特殊的性能，在電子信息、生命科學、環境治理、航空航天等領域逐漸顯示出其獨有的應用前景。

富勒烯作為一種新型碳材料，由于獨特的籠狀結構，已在超導、太陽能電池、催化、光學、高分子材料以及生物等領域表現出優異的性能，具有廣闊的發展前景。C60是富勒烯家庭中相對最容易得到、最容易提純和最廉價的一類，因此C60及其衍生物是被研究和應用最多的富勒烯

富勒烯具有優越的氧化還原性、高的電子親和能，小的重組能，優異的遷移率。而功能化的富勒烯衍生物不僅能夠保持富勒烯自身特性，同時也實現了可溶液加工以及物理化學性質的調控。通過在富勒烯上引入不同的官能團，可以進一步調控富勒烯衍生物的溶解性，能級，表面能，及其在固體狀態的取向、分子間作用力，以實現富勒烯衍生物的多功能化，使得富勒烯成為在太陽能電池應用中的一種理想的受體材料。如 PCBM、NCBA、ICMA等。此外還可以拓展其在包括光轉換器、場效應晶體管等不同領域中的應用。

富勒烯材料修飾的電極所制備的電傳感器較傳統材料的電傳感器，具有可再生、生產工藝簡單、可有效增加電極的活性表面積、支持納米粒子和可與其他材料符合等優點。

富勒烯可以作為一類新的催化劑材料的基礎。斯莫利提出可以在富勒烯分子的中心空隙加入一些已知具有催化性能的金屬原子，如鉑(pt)、鈀(pd)等，制成一類新的催化劑，在這種催化劑中，催化性原子被碳籠保護起來。

C60具有特殊的圓球形狀，是所有分子中最圓的分子；另外，C60的結構使其具有特殊的穩定性。在分子水平上，單個C60分子是異常堅硬的，這使得C60富勒烯具有優良的自潤滑性,有成為“分子滾珠(軸)”高級潤滑劑核心材料的潛力。改善流體潤滑體系、固體潤滑體系(固體膜、碳基、聚合物基、金屬基、陶瓷基潤滑體系)摩擦性能，可使體系的摩擦系數減小、磨損率減小、硬度增大,從而優化摩擦性能。

富勒烯的另一潛在的應用是它們可作為金剛石薄膜生長的均勻成核位置而起重要作用。富勒烯材料的獨特性質之一是它們在較低溫度下升華，對于C60，其升華點大約是600℃，這使得富勒烯在不規則形狀表面上的氣體沉積覆蓋相對來說很容易實現。

另外，由于富勒烯易溶于像苯和甲苯這樣的極性有機分子溶劑，因而可以在室溫下將復雜表面直接浸于制備好的溶液中，待溶劑揮發后就留下一層富勒烯分子薄膜。金剛石薄膜在軍事方面具有許多應用價值，如作為裝甲車表面的抗沖擊覆蓋層，用于制成光學(X射線，粒子束)窗口，半導體晶片，高硬度表面齒輪，金剛石-纖維合成材料，以及高溫和防輻射電子器件等。

C60分子的結構比較特別，可以作為比金屬及金屬合金更加有效的吸氫材料。目前，中美科學家研究發現了一種新型的具有儲存氫氣能力的材料“C60+Ca ”，它不僅能存儲氫氣，還能存儲氧氣。更優異的是，高壓鋼瓶存儲氣壓力是63.9×10 Pa ，而60C存儲氧氣的壓力僅僅是52.3×10 Pa . 在低壓的條件下用C60存儲大量的氧氣對于軍事、醫療甚至商業發展都有巨大的作用 .

美國科學家貝爾發現了富勒烯的超導性，即在C60中摻雜活潑金屬鉀后得到了超導臨界溫度為18K的K₃C₆₀。 摻雜C60超導體的發現是超導領域的又一重大成果。這種超導體具有相對較高的臨界溫度，摻雜C60超導體的臨界溫度不僅遠遠高于所有的有機分子超導體，而且也大大高于以前發現的金屬和合金超導體，只比炙手可熱的氧化物陶瓷超導體低。

富勒烯超導體最大的優點在于這種化合物容易加工成所需要的各種形狀；同時由于它們是三維分子超導體，各向同性，使得電流可以在各個方向均等地流動。同時，富勒烯化合物超導體還具有較高的臨界磁場和臨界電流密度，理論分析和一些實驗結果顯示，在更大的富勒烯分子摻雜化合物中可能大幅度提高超導臨界溫度。良好的性質和潛在的高臨界溫度為富勒烯超導體的應用創造了條件。

富勒烯C60具有清除活性氧自由基、活化皮膚細胞、預防衰老等作用 . Mcewen 等首次提出了“維他命C60自由基海綿”的概念，富勒烯C60分子對自由基的清除能力能夠像海綿一樣，吸收力強且容量超大. 日本科學家Takada 等研究發現，富勒烯C60可以迅速捕捉自由基分子。21世紀以來富勒烯開始被用作化妝品原料，具有抗皺、美白、預防衰老的卓越價值，成為備受矚目的尖端美容成分。許多高端護膚品品牌含有富勒烯成分。

富勒烯作為碳納米材料中的重要一員，其特殊的分子結構決定了其擁有更特殊的物理化學性質，其良好的生物相容性、易反應的活性表面及其作為納米粒子擁有的大比表面積、小尺寸效應使其在生物醫學領域被廣泛地應用于藥物載體研究。

富勒烯作為藥物輸運載體用于協助抗腫瘤藥物在體內的吸收分布有著得天獨厚的優勢。首先，富勒烯作為碳納米材料中的一種，為非極性分子，具有親油性，在生物體內可以直接透過組織細胞膜; 并且和其他納米材料一樣，可以經組裝修飾成納米粒子通過增強的滲透和滯留效應 (Enhanced permeability and retention) 優先積聚在腫瘤組織中。其次，富勒烯碳籠結構使其擁有大的比表面積，在其表面上可以同時接上不同的基團，經過功能改性后不僅可以提高其生物相容性、增強其在生物體內的靶向性、實現其對藥物的緩釋控釋，還可使其作為藥物載體擁有更大的負載量。