本论文利用3-（2-吡啶基）吡唑修饰的间苯二酚杯[4]芳烃配体（TPC4R-I）和甲巯咪唑修饰的间苯二酚杯[4]芳烃（MTR4A）合成了系列的新颖的金属-有机配位笼,并研究了它们的组装规律。在化合物1-SO₃H、1-OH和2的组装过程中体现出羧酸辅助配体所带电荷对结构的影响。当酸性配体使用间苯二甲酸-5-磺酸钠和5-羟基间苯二甲酸的时候,通过组装分别得到化合物1-SO₃H和1-OH。当酸性配体使用间苯二甲酸的时候,组装得到化合物2。当配体选用MTR4A时,与多金属氧酸盐（POMs）和钴离子组装,则得到了一个超大的[Co₈]配位笼3。利用X-射线单晶衍射技术确定晶体结构,红外光谱、粉末XRD衍射等技术对化合物进行了表征。通过调控结构,我们揭示了化合物1-SO₃H和1-OH与质子传导性质之间的关系,探索了化合物2对CO₂环加成反应的催化性能,并探讨了[Co₈]配位笼在电化学方面的应用。1.我们将3-（2-吡啶基）吡唑修饰到杯[4]芳烃上,得到了一种新的间苯二酚杯[4]芳烃配体（TPC4R-I）。利用TPC4R-I、两个具有不同酸性基团的异构体羧酸衍生物和Co（II）离子在溶剂热条件下合成了两例新颖的金属-有机配位笼[Co₁₆（TPC4R-I）₂-（HL）₄（L）₈（H₂O）₂₄]?12DMF?4H₂O（1-SO₃H）和[Co₁₆（TPC4R-I）₂-（HL₁）₄（L₁）₈（H₂O）₁₆]?17DMA?H₂O（1-OH）（NaO₃S-H₂L=间苯二甲酸-5-磺酸钠,H₃L1=5-羟基间苯二甲酸,DMF=N,N’-二甲基甲酰胺,DMA=N,N’-二甲基乙酰胺）。单晶结构测定表明化合物1-SO₃H和1-OH是同构的,二者都是由两个TPC4R-I、12个间苯二酸衍生物和16个Co（II）离子相互连接而成的纳米级[Co₁₆]配位笼。由于磺酸基和羟基官能团的引入,使化合物1-SO₃H和1-OH在质子传导方面的性能得到了明显提升,并实现了质子传导率的调控。实验表明1-SO₃H在配位笼的表面富有-SO₃H基团,其质子电导率值在90℃及98%相对湿度条件下可达到1.35×10^-2 S cm^-1。在相同条件下,该值比-OH基团取代的1-OH高出一个数量级。因此,这类材料是高性能的质子导电材料之一。2.我们利用间苯二酚杯[4]芳烃（TPC4R-I）、间苯二甲酸和Co（II）离子在溶剂热条件下合成了一个新颖的含有[Co₄O₄]立方烷结构的多核金属簇配位笼[Co₁₂（TPC4R-I）₂（1,3-BDC）₁₀（₃-OH）₄（H₂O）₁₀（DMF）₂]·7DMF·23H₂O（1,3-BDC=1,3-间苯二甲酸,化合物2）。化合物2是由两个TPC4R-I、10个间苯二酸衍生物和12个Co（II）离子相互连接而成的纳米级[Co₁₂]配位笼。并且,2代表了一个独特的含有[Co₄O₄]立方烷结构的配位笼。通过活化除去化合物2中配位的水和DMF分子后,暴露的钴（II）路易斯酸活性位点使化合物2可用于催化CO₂与环氧化物的环加成反应。我们在常压下及反应温度60℃时对其催化性能进行了测试。实验表明2对于CO₂与不同底物进行环加成反应时,都表现出较高的催化活性,并且经过5轮循环实验后,依然保持较高的催化活性。3.我们通过使用甲巯咪唑修饰的间苯二酚杯[4]芳烃（MTR4A）、Keggin型多金属氧酸盐（POMs）和Co（II）离子在溶剂热条件下合成了一个含有多酸模板化的配位笼[Co₈Cl₈（MTR4A）₆][α-Si W₁₂O₄₀]₂·Xsolvents（化合物3）。X-射线单晶结构解析表明化合物3是由6个MTR4A、8个氯离子和8个Co（II）离子构成的一个纳米级阳离子配位笼[Co₈Cl₈（MTR4A）₆]⁸⁺。另外,有两个[α-SiW₁₂O₄₀]^4-作为抗衡阴离子游离在结构中。该化合物通过氢键使[α-SiW₁₂O₄₀]^4-阴离子夹在层与层之间,从而形成一个三维超分子结构。由于POMs功能化的材料具有良好的储能效果,因此,我们测试了化合物3作为锂离子电池阳极材料时的性能,实验表明3展现出良好的稳定性和倍率性能。另外,3也能够实现对NO₂^-的还原和抗坏血酸的氧化,使其成为一种具有高活性的双功能催化剂。