毛细管气相色谱是一种高效的分离技术,在环境监测、石化分析、食品检测中有着重要应用,但目前通用型商业化柱对结构异构体存在难以有效分离的限制。针对这一问题,金属有机骨架材料(Metal-organic frameworks,MOFs)由于其结构丰富、易于调控等特点在分离上有着独特的优势。本文进一步研究二维MOFs纳米片的堆叠模式和三维MOFs的孔径对分离种烷烃和取代苯异构体混合物的影响,研究分离和吸附机理,以期促进色谱分离技术的进步。具体研究内容和主要成果如下:1、基于规整堆叠二维金属有机骨架纳米片的气相色谱分离异构体在纳米尺度的界面化学中,纳米片间的堆叠是一个有趣又无法避免的现象。二维金属有机骨架纳米片作为一类新颖的片层材料,具有超薄的厚度、高比表面积、多孔性等特点,在分离科学中有着潜在应用价值。以Zr-BTB-FA(BTB:1,3,5-三(4-羧基苯基)苯;FA:甲酸)为例,揭示了具有精确位置的单层纳米片间的堆叠模式,观察到了三种热力学稳定的纳米片层间扭转角度8°、14°和30°。同时提出可以使纳米片规整堆叠简单高效的加热活化方法。首次将二维MOFs纳米片应用于气相色谱固定相,通过对堆叠模式的仔细结构分析发现,规整堆叠Zr-BTB层间高度有序的亚纳米级微孔,是导致间位/对位取代苯异构体的分离度优于扭曲堆叠纳米片柱和商业化柱的重要原因。蒙特卡罗(GCMC)模拟证实规整堆叠的Zr-BTB-FA纳米片具有高度选择性孔道和对位异构体选择性。相同的堆叠模式同样可以应用于其他纳米片从而提高分离效果,为合理设计功能化二维MOFs纳米片提供新的路径。2、基于超微孔金属有机骨架材料的毛细管气相色谱分离合成离子杂化金属有机骨架SIFSIX系列材料,通过改变有机配体的长度调控SIFSIX孔径从微孔到超微孔尺度,孔道呈现一维方形直孔道且具有大孔隙率。具有超微孔SIFSIX-3-Zn涂覆的毛细管柱相较于微孔SIFSIX-1-Zn柱,可以高效分离烷烃异构体和取代苯异构体,分析物的出峰顺序依据沸点高低进行洗脱,其中对于烷烃异构体混合物在较低的温度下就能实现基线分离。柱效和麦氏常数测试同样证实了两根色谱柱间的差异,进一步解释了 MOFs孔径结构对分离性能的影响。