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近十年来,由无机金属簇与有机配体通过配位键构筑而成的金属-有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks, MOFs）是纳微结构新材料领域研究的热点之一。MOF材料具有比表面积和孔隙率高、种类多样、功能性强和孔道可设计性强等特点,在能源气体储存、气/液相吸附分离、膜分离、催化、传感和药物控释等领域表现出了良好的应用前景。目前已合成的MOF材料超过两万种,单纯的实验测试方法不能满足MOF材料快速发展的需求。计算化学,作为实验测试方法的有效辅助手段,在获得微观机理、探索新现象、构建结构-性能关系、快速筛选材料和新材料搭建及设计等方面具有极大的优势。计算化学方法与实验测试方法相结合,大大促进了MOF材料的进步与发展。本工作中,采用分子模拟方法对MOF材料和离子液体/MOF复合物在气相吸附分离和膜分离方面的性能进行了系统研究,主要工作内容如下：1、针对151种不同类型的MOF材料,采用分子模拟手段,系统地研究了变温吸附（Temperature Swing Adsorption,TSA）过程中材料对CO2/CH4混合体系的吸附分离性能。本工作率先将脱附能耗引入到材料工业应用评价标准中,并与常见的评价标准相结合,对材料的吸附分离性能进行了全面评价。通过构建材料对CO2/CH4混合体系分离性能的构效关系,发现,吸附度差与材料的脱附能耗、吸附选择性、CO：工作容量和再生率之间存在良好的关联性,但是变化趋势不同。在一定范围内,吸附度差可以作为材料快速筛选和高性能材料设计的标准。同时,筛选出了分离性能优异的MOF材料,分析了其结构特点,给出了设计高性能材料的依据和策略。2、针对天然气中痕量H2S的脱除过程,采用分子模拟方法,研究了离子液体（Ionic Liquds, ILs）在Cu-TDPAT孔道内的分布规律和IL/Cu-TDPAT复合物对H2S/CH4混合体系的分离性能。本工作中选择了四种阳离子相同而阴离不同的离子液体与Cu-TDPAT进行复合。研究结果表明,离子液体中阴离子体积的大小和添加量会影响其在孔道内的填充过程,进而影响材料对H2S/CH4混合体系的分离性能。添加离子液体提高了材料与H2S之间的相互作用力,且相比于Cu-TDPAT材料,IL/Cu-TDPAT复合物对H2S/CH4的分离选择性有了明显提高。其中,IL的添加量为25 IL分子/晶胞时,[BMIM][Cl]/Cu-TDPAT复合物的H2S/CH4的分离选择性在1 bar和10 bar时分别达到了1302和715,远远超过了目前已报道的材料。此外,结合工业实际中的变压吸附和真空吸附工艺,发现,添加离子液体在提高材料吸附选择性的同时还可以提高材料对H2S的工作容量。上述结果表明,向MOF材料孔道内添加离子液体是一种可以快速提高材料对H2S/CH4混合体系分离性能的策略。3、提出了向MOF材料中加入离子液体,在材料中形成新的狭窄扩散通道的“空穴占据”策略,以提高MOF材料的膜分离性能。针对结构稳定的ZIF-8材料,采用分子模拟方法,通过添加离子液体对其孔道进行修饰,研究了离子液体对材料的CO2/N2吸附分离性能和膜分离性能的影响,并进一步研究了IL/ZIF-8复合物与聚合物膜形成的混合基质膜的分离性能。结果表明,加入离子液体提高了材料对CO2/N2混合体系的吸附选择性；作为膜材料,IL/ZIF-8复合物表现出了较高的渗透选择性和CO2渗透率,跨过了Robeson制约关系,且其膜分离选择性高于常见的MOF材料。对具有中等渗透选择性和CO：渗透通量的聚合物膜来说,添加IL/ZIF-8复合物可以同时提高聚合物膜的渗透选择性和CO2渗透通量。上述结果说明,向MOF材料孔道内添加离子液体进行孔道调控和修饰是一种有效地获得高分离性能吸附剂和膜材料的策略。4、因烟道气中含有H2O和SO2等微量杂质,故采用分子模拟方法探究了H2O和SO2分子对IL/UiO-66复合物的CO2/N2分离性能的影响规律。结果表明,添加离子液体后,材料的CO2/N2分离性能有了大幅提高且离子液体添加越多,材料的选择性越高。在湿润环境中,H2O与CO2分子在材料内部存在竞争吸附,而H2O分子又会提供CO2吸附位,增强材料对CO2分子的相互作用,两种效应共同作用影响材料的分离选择性。在[BMIM][Cl]/UiO-66和[BMIM][PF6]/UiO-66复合物中,竞争吸附作用明显,使得材料选择性下降。因SO2含量很少,其存在对UiO-66的CO2/N2分离选择性影响不大。在IL/UiO-66复合物中,随着SO2含量的上升,增强了被吸附分子之间的相互作用,进而提高了复合物的CO2/N2分离选择性。