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自工业革命以来，人类过度地开发和利用煤炭、石油等化石燃料，导致大气中的温室气体含量剧增，全球变暖已成为举世瞩目的环境问题之一。CO2作为温室气体的最主要成分，减少其排放是遏制全球变暖的关键所在，但它同时也是一种珍贵的碳资源，因此CO2的捕集和封存无论对于环境保护还是碳资源的综合利用都具有重要意义。金属有机框架（Metal-organic Frameworks，MOFs）作为一类新型的有机-无机多孔材料，拥有超高的比表面积，可调节的孔径、不饱和的金属位点以及可修饰的官能团，在CO2吸附领域有着广阔的应用前景。
针对传统水热法合成MOFs的过程中副产物的存在对主产物的不利影响，本论文以一种被广泛研究的金属有机框架HKUST-1为例，提出了碱诱导自转移副产物法制备HKUST-1的策略：针对制备HKUST-1转化率低的问题，本文通过引入碱作为准反应物来实现自转移副产物，提高平衡转化率；针对制备过程中溶剂消耗大的问题，本文引入碱液作为准反应物来维持反应体系中母液的量；针对反应时间长的问题，本文通过探究短时间内合成高比表面积HKUST-1的的关键因素，最后测试制得HKUST-1样品的CO2吸附性能。本文的主要研究内容如下：
（1）在合成HKUST-1的过程中，将固态氢氧化钠作为准反应物与反应体系分隔，能够动态诱导反应产生的副产物硝酸蒸汽不断离开反应体系，并与准反应物反应被固定在体系之外，同时提高了反应转化率和反应速率。研究发现当加入与副产物硝酸等摩尔比的碱时，制得的HKUST-1-1的比表面积最大，为1666m2·g-1、反应转化率高达97.3%，并且新生的副产物盐能够回收；
（2）将氢氧化钠溶于与反应体系内相同配比的溶剂中，作为准反应物置于体系之外，保证了HKUST-1反应体系内外溶剂的蒸气压平衡，此时反应产生的副产物硝酸蒸汽单向转移至体系之外，同时能更多维持母液含量。通过只转移副产物硝酸，合成的HKUST-1-1S比表面积为1734m2·g-1产率为94.5%。反应后的母液可直接循环利用，解决了固态碱体系中反应溶剂大量消耗的问题。后续将氢氧化铜作为准反应物，提出了一种全程无副产物制备HKUST-1的策略；
（3）在不同的反应时间内探讨碱诱导自转移副产物法对制得HKUST-1的比表面积的影响。研究发现不断缩减反应时间，碱与副产物硝酸的摩尔比始终是影响合成高比表面积HKUST-1的关键因素。计算得到样品HKUST-1-1和HKUST-1-1S的化学速率常数分别为1201.2和573.7mol-1·h-1，远大于传统水热法的速率常数72.8mol-1·h-1。而且在碱液体系，只需5小时，制得HKUST-1S-5h的比表面积可达1658m2·g-1，该反应速率常数可达303.7mol-1·h-1；
（4）273K、1bar时，HKUST-1-1S拥有最高CO2静态吸附容量9.0mmol·g-1和最大的吸附选择性125.4，这主要得益于它完备的晶体结构和大的比表面积。样品HKUST-1-1和HKUST-1-1S-5h的静态CO2吸附容量分别为8.0和8.2mmol·g-1。在303K、1bar时，CO2分压为15%的N2载气中，样品HKUST-1-1S的动态CO2吸附容量为1.25mmol·g-1，经过10次吸附循环测试后，吸附量仍然可保持初始值的96%，展现出良好的吸附稳定性和再生性能。
本文提供了一种巧妙的分离副产物与主产物的策略，提高了主产物产率和反应速率，减少了溶剂消耗，显著降低了生产能耗和成本。MOFs材料的高效、绿色、低能耗的生产有望得到实现。
针对传统水热法合成MOFs的过程中副产物的存在对主产物的不利影响，本论文以一种被广泛研究的金属有机框架HKUST-1为例，提出了碱诱导自转移副产物法制备HKUST-1的策略：针对制备HKUST-1转化率低的问题，本文通过引入碱作为准反应物来实现自转移副产物，提高平衡转化率；针对制备过程中溶剂消耗大的问题，本文引入碱液作为准反应物来维持反应体系中母液的量；针对反应时间长的问题，本文通过探究短时间内合成高比表面积HKUST-1的的关键因素，最后测试制得HKUST-1样品的CO2吸附性能。本文的主要研究内容如下：
（1）在合成HKUST-1的过程中，将固态氢氧化钠作为准反应物与反应体系分隔，能够动态诱导反应产生的副产物硝酸蒸汽不断离开反应体系，并与准反应物反应被固定在体系之外，同时提高了反应转化率和反应速率。研究发现当加入与副产物硝酸等摩尔比的碱时，制得的HKUST-1-1的比表面积最大，为1666m2·g-1、反应转化率高达97.3%，并且新生的副产物盐能够回收；
（2）将氢氧化钠溶于与反应体系内相同配比的溶剂中，作为准反应物置于体系之外，保证了HKUST-1反应体系内外溶剂的蒸气压平衡，此时反应产生的副产物硝酸蒸汽单向转移至体系之外，同时能更多维持母液含量。通过只转移副产物硝酸，合成的HKUST-1-1S比表面积为1734m2·g-1产率为94.5%。反应后的母液可直接循环利用，解决了固态碱体系中反应溶剂大量消耗的问题。后续将氢氧化铜作为准反应物，提出了一种全程无副产物制备HKUST-1的策略；
（3）在不同的反应时间内探讨碱诱导自转移副产物法对制得HKUST-1的比表面积的影响。研究发现不断缩减反应时间，碱与副产物硝酸的摩尔比始终是影响合成高比表面积HKUST-1的关键因素。计算得到样品HKUST-1-1和HKUST-1-1S的化学速率常数分别为1201.2和573.7mol-1·h-1，远大于传统水热法的速率常数72.8mol-1·h-1。而且在碱液体系，只需5小时，制得HKUST-1S-5h的比表面积可达1658m2·g-1，该反应速率常数可达303.7mol-1·h-1；
（4）273K、1bar时，HKUST-1-1S拥有最高CO2静态吸附容量9.0mmol·g-1和最大的吸附选择性125.4，这主要得益于它完备的晶体结构和大的比表面积。样品HKUST-1-1和HKUST-1-1S-5h的静态CO2吸附容量分别为8.0和8.2mmol·g-1。在303K、1bar时，CO2分压为15%的N2载气中，样品HKUST-1-1S的动态CO2吸附容量为1.25mmol·g-1，经过10次吸附循环测试后，吸附量仍然可保持初始值的96%，展现出良好的吸附稳定性和再生性能。
本文提供了一种巧妙的分离副产物与主产物的策略，提高了主产物产率和反应速率，减少了溶剂消耗，显著降低了生产能耗和成本。MOFs材料的高效、绿色、低能耗的生产有望得到实现。