Buckminsterfullereny
V letech 1985-90 použil Kroto ve spolupráci s kolegy z University of Sussex v anglickém Brightonu laboratorní mikrovlnné spektroskopické techniky k analýze spekter uhlíkových řetězců. Tato měření později vedla k detekci řetězcovitých molekul složených z 5 až 11 atomů uhlíku v oblacích mezihvězdného plynu a v atmosférách červených obrů bohatých na uhlík pomocí radioastronomie. Při návštěvě Riceovy univerzity v texaském Houstonu v roce 1984 Curl, odborník na mikrovlnnou a infračervenou spektroskopii, navrhl Krotovi, aby si prohlédl důmyslný laserově-supersonický svazkový přístroj, který vyvinul Smalley. Přístroj dokázal odpařit jakýkoli materiál na plazmu atomů a poté jej použít ke studiu vzniklých klastrů (shluků desítek až mnoha desítek atomů). Během návštěvy si Kroto uvědomil, že tato technika by mohla být použita k simulaci chemických podmínek v atmosféře uhlíkových hvězd a poskytnout tak přesvědčivé důkazy pro jeho domněnku, že řetězce vznikly ve hvězdách. V dnes již proslulé jedenáctidenní sérii experimentů, které Kroto, Smalley, Curl a jejich studentští spolupracovníci James Heath, Yuan Liu a Sean O’Brien provedli v září 1985 na Riceově univerzitě, byl Smalleyho přístroj použit k simulaci chemie v atmosféře obřích hvězd tím, že se odpařovací laser obrátil na grafit. Studie nejen potvrdila, že vznikají uhlíkové řetězce, ale také náhodně ukázala, že dosud neznámý druh uhlíku obsahující 60 atomů vzniká spontánně v poměrně velkém množství. Pokusy vysvětlit pozoruhodnou stabilitu shluku C60 vedly vědce k závěru, že shluk musí být sférickou uzavřenou klecí ve tvaru zkráceného ikosaedru – mnohoúhelníku s 60 vrcholy a 32 stěnami, z nichž 12 je pětiúhelníků a 20 šestiúhelníků. Na počest konstruktéra-vynálezce geodetických kopulí, jehož myšlenky ovlivnily jejich domněnku o struktuře, zvolili pro klastr nápaditý název buckminsterfulleren.
V letech 1985 až 1990 řada studií ukázala, že C60 a také C70 jsou skutečně mimořádně stabilní, a poskytla přesvědčivé důkazy pro návrh struktury klece. Kromě toho byly získány důkazy o existenci dalších menších metastabilních druhů, jako jsou C28, C36 a C50, a byly poskytnuty experimentální důkazy o „endoedrických“ komplexech, v nichž byl atom uvězněn uvnitř klece. Experimenty ukázaly, že velikost uzavřeného atomu určuje velikost nejmenší možné okolní klece. V roce 1990 oznámili fyzikové Donald R. Huffman ze Spojených států a Wolfgang Krätschmer z Německa jednoduchou techniku výroby makroskopických množství fullerenů pomocí elektrického oblouku mezi dvěma grafitovými tyčemi v atmosféře helia, který odpařuje uhlík. Výsledné kondenzované páry po rozpuštění v organických rozpouštědlech poskytly krystaly C60. Díky tomu, že fullereny byly nyní k dispozici v použitelném množství, se výzkum těchto druhů rozšířil do pozoruhodné míry a zrodil se obor fullerenové chemie.
Molekula C60 podléhá široké škále nových chemických reakcí. Snadno přijímá a odevzdává elektrony, což je chování, které naznačuje možné využití v bateriích a pokročilých elektronických zařízeních. Molekula snadno přidává atomy vodíku a halogenových prvků. Atomy halogenů lze nahradit jinými skupinami, například fenylem (uhlovodík ve tvaru prstence se vzorcem C6H5, který je odvozen od benzenu), čímž se otevírají užitečné cesty k široké škále nových derivátů fullerenu. Některé z těchto derivátů vykazují pokročilé materiálové chování. Zvláště důležité jsou krystalické sloučeniny C60 s alkalickými kovy a kovy alkalických zemin; tyto sloučeniny jsou jedinými molekulárními systémy, které vykazují supravodivost při relativně vysokých teplotách nad 19 K. Supravodivost je pozorována v rozmezí 19 až 40 K, což odpovídá teplotám -254 až -233 °C nebo -425 až -387 °F.
Obzvláště zajímavé v chemii fullerenů jsou tzv. endoedrické druhy, ve kterých je atom kovu (s obecným označením M) fyzicky uvězněn uvnitř fullerenové klece. Vzniklé sloučeniny (se vzorci M@C60) byly podrobně studovány. Alkalické kovy a kovy alkalických zemin, jakož i rané lanthanoidy mohou být zachyceny odpařováním grafitových disků nebo tyčinek impregnovaných vybraným kovem. Helium (He) lze rovněž zachytit zahříváním C60 v parách helia pod tlakem. Na některých geologických lokalitách byly nalezeny nepatrné vzorky He@C60 s neobvyklým poměrem izotopů a vzorky nalezené také v meteoritech mohou přinést informace o původu těles, v nichž byly nalezeny.