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微孔金属-有机框架化合物(MOFs)已经发展成为多孔材料不可缺少的一部分。其研究内容涉及吸附、分离、荧光、磁性、催化、分子识别等众多领域。金属-有机框架化合物兼具有机和无机化合物的特点于一身，通过合理设计和有效调控，我们可以得到超越传统单一组分的功能材料。对金属-有机框架化合物的研究不仅包括寻找结构新颖和具有特殊性能的化合物，同时也包括探索MOFs化合物的设计合成、结构调控、结构和性能之间的关系等，这对于开发新型功能材料具有非常重要的意义。本论文主要专注于多羧酸类配体金属-有机框架化合物的设计、合成以及在气体吸附方面的应用，同时粗浅地分析了MOFs化合物结构与气体性能之间的关系。主要工作分为以下几个部分:
1)概述了微孔金属-有机框架化合物的研究进展，介绍了常见金属-有机框架化合物的合成策略，系统阐述了MOFs在气体吸附方面的应用和影响MOFs气体吸附的因素。
2)利用刚性的H3BPT配体构筑了六个具有三维孔道同构的稀土金属-有机框架化合物[Ln4(BPT)4(DMF)2(H2O)8]·(DMF)5·(H2O)3[Ln=Eu(1)，Gd(2),Tb(3)，Dy(4)，Ho(5)，Er(6)]。尽管配位的溶剂分子易使荧光发生淬灭，基于天线作用，我们所合成的化合物还具有相当高的量子产率。化合物在吸脱附溶剂伴随着晶体到粉末的可逆转换并且化合物从单晶到粉末可逆转换伴随着其荧光强度由强到弱可逆转变。
3)通过在配体引入亲稀土离子氧原子来取代溶剂分子的配位，利用微波加热的方法，我们成功快速地(30min)制备了十一个具有永久性孔道的稀土金属-有机框架化合物[Ln2(TPO)2(HCOO)]·(Me2NH2)·(DMF)4·(H2O)6{Ln=Y(7)，Sm(8)，Eu(9),Gd(10),Tb(11),Dy(12),Ho(13),Er(14),Tm(15),Yb(16),Lu(17)}。气体吸附表明，化合物7和9具有较大的比表面积和并可以较大量的吸附能源气体。最重要的是，化合物7和9具有选择性吸附CO2的能力。
4)利用柔性的四羧酸配体(简称H4L)与不同的金属离子自组装得到了十三个化合物:[M2L(H2O)4(μ2-H2O)]·6H2O[M=Mg(18),Co(19)]，(Cd3L2)·(Me2NH2)2·(H2O)3(20),[Cd2L(H2O)2DMA]·5DMA·5H2O(21),(InL)·(Me2NH2)·3DMA·2H2O(22),(EuL)·(Me2NH2)·(H2O)2{Ln=Eu(23),Gd(24),Tb(25)，Dy(26)，Ho(27)，Yb(28)，andYb(29)}。这些化合物具有不同的孔隙率、孔道大小及孔道形状。其中化合物18-21的骨架是中性的，而化合物22-29的骨架则是具有阴离子性质的。由于配体可以采用两种构型多种配位模式的特点，这些化合物具有dia，lon，pts，flu，mSW等拓扑结构。
5)基于柔性八羧酸配体(简称H8X)与paddle-wheelSBUs设计合成了三个具有4，8-连接及高孔隙率的金属-有机框架化合物[M4X(H2O)4]·nDMF·8H2O(M=Cu(Ⅱ),n=7.5,(30);M=Zn,n=8,(31)),[Cd4X(DMF)6]·1.5DMF·3H2O(32)。基于H8X配体与双核的金属簇{Cd2(μ-O)2O6N4}，利用层柱策略构建四个非穿插金属-有机框架化合物[Cd4X(L)4]·(DMF)m·(H2O)n{L=(bipy),m=7.5,n=8,(33);L=azpy,m=6,n=20,(34);L=bpe，m=8，n=5，(35);L=bpb，m=11，n=20，(36)}。随着双吡啶配体的增长，化合物的孔隙率不断的增大并且它们的拓扑结构从nbo变到mot。我们还利用In(Ⅲ)容易被四个羧基螯合成四连接的In(COO)4四结点构建了两个具有4，8-连接的超分子异构的阴离子性金属-有机框架化合物(In2X)·(Me2NH2)2·(DMA)5·(H2O)2(37),(In2X)·(Me2NH2)2·(DMF)4·(H2O)6(38)。
6)金属-有机框架化合物在常规活化的过程当中需要克服溶剂分子的表面张力，最终活化后的样品往往与计算所得到的比表面不一致。利用超临界流体具有极低的表面张力这种优点，就能有效地避免样品活化过程对骨架的损坏。我们利用超临界二氧化碳活化处理化合物22及38，有效地稳定了这两个化合物的骨架。气体的吸附表明这两个化合物具有较大的比表面积，能够较大量的吸附能源气体及温室气体。
7)由于配体的柔性往往不能支撑MOFs化合物整个骨架，基于柔性配体构建的金属-有机框架化合物在除去溶剂后往往不稳定。受自然界含有空心结构且具有结点的植物（如竹子）的启发，我们设计了一个类竹子策略来稳定金属-有机框架化合物。选用两个具有阴离子骨架的化合物(化合物22和37)，通过离子交换的方法引入不同的季铵盐作为客体分子来支撑化合物的骨架。形如我们的预期，这两个不稳定的金属-有机框架化合物的热稳定性得到巨大的提高，同时它们的孔道得到很好保持。通过选择合适大小的客体分子，我们不但成功地提高金属-有机框架化合物的热稳定性吸附能力，并且我们可以调节化合物的各种吸附性能(开/关吸附，吸附滞后以及选择性吸附）。