金属-有机骨架材料(MOFs)是一种类沸石结构的新型多孔材料,目前已公开报道的MOFs材料多达40000多种。MOFs具有巨大的比表面积(目前公开报道MOFs的最大比表面积可达10020 m2/g)、超高的孔隙率(达90%)以及多样化的结构,因此在吸附分离、气体储存、催化、药物传递及传感等方面极具应用潜力。然而传统MOFs的小孔径阻碍了大分子的传递与扩散,大分子无法到达MOFs孔道内部的活性位点,导致MOFs在许多涉及到大分子的应用中受到局限。为此,本文使用超分子表面活性剂作为模板剂在传统MOFs中引入介孔或大孔,合成多级孔MOFs,并研究模板剂添加量、扩孔剂种类等因素对多级孔MOFs的孔结构及晶体形貌的影响,同时对其在大分子催化反应或水吸附中的性能进行初探;同时结合计算机模拟,并参考多级孔分子筛的机理探究多级孔MOFs的合成机理。多级孔MOFs的合成不仅可望解决微孔MOFs中的传质问题,而且可为今后多级孔MOFs的进一步发展与应用打下基础。同时多级孔MOFs的合成丰富了多孔材料的种类,拓宽了MOFs材料的应用领域,极具研究价值。本文以P123表面活性剂作为模板剂,TMB和正癸烷作为扩孔剂,水热合成了中微双孔HKUST-1,样品的孔道结构与晶体形貌主要通过XRD、N2吸-脱附实验、SEM、TEM等表征获得。研究中探讨了模板剂的含量、扩孔剂的种类对MOFs材料结构及形貌的影响,同时分别考察了样品的大分子催化性能。结果表明:当模板剂P123添加量为0.65 g时,样品形貌均一,并且在3.85 nm处出现大量规整的介孔结构,BET表面积高达1452 m2·g-1,总孔容为0.74 cm3.g-1。随着模板剂添加量增多,样品的晶体大小及形状逐渐由均一转变为不均一。分别加入TMB和正癸烷两种扩孔剂后,样品的晶体大小都变得更均一,为200~300 nm的八面体结构。BJH孔径分布显示两种扩孔剂均起到进一步扩孔的作用,其中TMB的效果更好,以TMB作为扩孔剂时样品在约3.5 nm处具有较为集中的介孔孔径分布。将本文合成的中微双孔HKUST-1作为催化剂用于苯甲醛与乙二醇的缩醛反应中,反应10 h后苯甲醛的转化率最高达82%,较传统HKUST-1约50%的转化率有所提高。本文使用有机硅烷γ-APS作为模板剂,采用水、乙醇和DMF的混合溶剂,成功获得了具有规则介孔结构的中微双孔HKUST-1,样品的形貌与结构通过XRD、N2吸-脱附实验、SEM、TEM等表征获得。研究中探讨了模板剂添加量对中微双孔HKUST-1结构、形貌的影响,并通过简单地计算机模拟探究其合成机理。结果表明:该中微双孔HKUST-1材料介孔结构丰富,比表面积最大可达1276 m2·g-1。密度泛函理论计算表明,模板剂γ-APS中的-NH2在合成过程中易失去质子与金属离子配位,从而发挥介孔模板剂作用。本文采用水热法,以有机硅烷γ-APS作为模板剂成功制备了多级孔MIL-101,探讨了模板剂添加量、反应物加入顺序等对多级孔MIL-101结构、形貌的影响,采用XRD、N2吸-脱附实验、SEM、TEM进行表征,同时考察了多级孔MIL-101材料的水吸附性能。结果表明:以有机硅烷γ-APS作为模板剂制备多级孔MIL-101时,Cr3+和γ-APS最佳摩尔比为1:0.1。此条件下合成的样品具有丰富的大孔,为同时具有微孔、中孔和大孔的多级孔道结构,水热稳定性较强,总孔容2.27 cm3.g-1远高于普通MIL-101材料,BET比表面积高达3491 m2·g-1。后加入有机配体比直接混合获得样品的大孔更多。直接混合的样品总孔容仅1.45 cm3.g-1,比表面积仅为2563 m2 g-1。该多级孔MIL-101在水吸附实验中表现较高的吸附性能。20℃下传统MIL-101材料的水吸附量仅1.21 g/g,多级孔MIL-101为1.41 g/g。