金属有机轮烷骨架（Metal-organic rotaxane frameworks,MORFs）是带有环状分子的机械互锁分子（Mechanically interlocked molecules,MIMs）和金属离子或者金属簇通过配位键连接自组装得到的一类新型晶态材料。因其具有可设计且迷人的结构和优异的性能,金属有机轮烷骨架材料近年来受到了越来越多的化学家的关注。由于大环分子的引入,金属有机轮烷骨架结构一般具有比传统的金属有机骨架（Metal-organic frameworks,MOFs）结构更多的功能位点。这也决定了在分子识别和分离、气体吸附和存储以及催化等应用方面会有更大的优势。本论文主要采用不同的合成策略,将基于六元瓜环（cucurbit[6]uril,CB[6]）的机械互锁分子（准轮烷）、刚性辅助羧酸配体与不同过渡金属离子自组装得到了一系列新颖的功能金属有机轮烷骨架化合物,讨论了化合物的合成条件,考察了反应温度,pH值,辅助配体长度,准轮烷抗衡离子的类型以及金属离子种类对金属有机轮烷骨架结构的影响,分析了此类化合物结构和性质间的关系。本文采用水热,纯溶剂热和混溶剂热方法通过混配体策略合成了8例高维金属有机轮烷骨架化合物,并通过单晶X-射线衍射、粉末X-射线衍射、紫外、红外、元素分析、热重,核磁共振和荧光光谱等分析方法对化合物晶体结构性质进行表征和分析。选择性对部分化合物的荧光传感,光催化等性质进行了研究。通过核磁共振和单晶X-衍射两种手段对具有开放性孔道的化合物8的客体交换动力学进行了细致研究。1.设计合成了两端为吡啶的配位基团准轮烷[PR43]²⁺·2[NO₃]^-,通过调节刚性线形辅助羧酸配体的长度和反应温度,在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和水1:3的混溶剂热条件下与d¹⁰过渡金属镉离子通过自组装得到了4例高维的金属有机轮烷骨架。[Cd₄（PR43）₂（BDC）₂Cl₄]·7H₂O（1）[Cd₂（PR43）（BDC）₂Cl₂]·8H₂O（2）[Cd₃(PR43]（BPDC）₂（COO）₂Cl₂]·6H₂O（3）[Cd₃(PR43]₂（BPDC）₃Cl₄]·10H₂O（4）通过探索我们发现,配体的长度和自组装的温度对化合物的结构有重要影响。化合物1为基于双核{Cd₂Cl₄O₄}第二构筑单元的二重互穿的三维dia拓扑网络结构。化合物2和3是同构的pcu拓扑网络结构。化合物4是二维层状结构。我们也对四个化合物的固体荧光性质进行了测试。详细的探讨了化合物1的荧光传感性质,经过实验发现化合物1是一种潜在的荧光传感材料。2.我们采用准轮烷[PR43]²⁺·2[NO₃]^-,不同几何构型的辅助羧酸配体和二价钴离子在水热条件下自组装得到了3例高维金属有机轮烷骨架。[Co（PR43）_0.5（BDC）Cl]·H₂O（5）[Co（PR43）_0.5（BTC）]·4H₂O（6）[Co（PR43）_0.5（BPT）]·16H₂O（7）我们研究了三乙胺在晶体形成过程中的作用。在不加入三乙胺时,我们不能获得晶体。加入三乙胺后,我们考虑三乙胺能够破坏大环分子CB[6]和客体轴分子之间相互作用。这增大了准轮烷[PR43]²⁺·2[NO₃]^-配体的柔性,更有利于获得晶体。化合物5是通过单核钴连接的二维层状结构,化合物6和化合物7是以单核钴为节点的三维金属有机轮烷骨架。通过紫外-可见光吸收分析,化合物5-7是潜在的半导体材料。我们将化合物5应用于了可见光催化CO₂还原中。这也是第一例基于CB[6]的金属有机轮烷骨架用于可见光催化CO₂还原。3.设计合成了两端为吡啶配位基团能溶于水的准轮烷[PR44]²⁺·2[NO₃]^-,然后通过简单的离子交换得到了以六氟磷酸根为抗衡离子的准轮烷[PR44]²⁺·2[PF₆]^-,与刚性羧酸配体对苯二甲酸（H₂BDC）和CuCl₂在纯DMF溶剂热条件下反应,得到了第一例基于CB[6]的三维开放性的金属有机轮烷骨架。[Cu₂（PR44）_0.5（BDC）₂Cl]·3DMF（8）我们对化合物8的质子传导性能进行了研究。通过探索我们发现,化合物8具有较高的质子导电率。此外,化合物8中的客体分子3个DMF分子能够被苯分子交换得到化合物9。[Cu₂（PR44）_0.5（BDC）₂Cl]·2.5Ph（9）我们利用X-射线单晶和核磁共振两种手段对溶剂交换的动力学进行研究。首先,我们利用核磁共振手段判断化合物8中的DMF在经过10小时溶剂交换后能够完全交换获得化合物9。我们利用X-射线单晶衍射方法在低温条件下分析化合物9结构,每个单胞中有2.5个苯分子,这也进一步证明了骨架结构中溶剂已经交换完全。