金属有机骨架化合物(Metal-organic Framework, MOFs)是由金属离子(或金属团簇)与有机配体自组装形成的无机-有机超分子复合材料,是配位化学与材料科学交叉融合产生的新型多孔材料。MOFs材料具有出色的稳定性、极高的自由体积和比表面积,可以调节的规则孔道结构以及优异的发光性能,在气体捕获与分离、能源存储与转化、分子识别与化学传感等领域展现出广阔的应用前景。MOFs应用于气体捕获与存储是备受瞩目的研究课题,近年来,随着环境的恶化和大气污染的不断加剧,MOFs吸附捕获有害气体(SOx、NOx、CO等)的应用逐渐引起研究者的关注。我们应用巨正则蒙特卡罗(GCMC)方法研究了一氧化碳气体在IRMOFs系列材料上的吸附行为,探究了材料密度、孔径、配体极性、比表面积、自由体积和拓扑结构对吸附量的影响,分析了不同压力范围内影响吸附量大小的因素。低压下,孔径大小是影响气体吸附量的主要因素,配体极性也会对吸附量造成影响。高压下,比表面积和自由体积是影响吸附量大小的主要因素,材料拓扑结构对吸附量影响不大。此外,材料密度对气体吸附量具有重要影响,低密度材料具有较大的单位质量吸附量,高密度材料具有较大的单位体积吸附量。这些IRMOFs在高压时表现出比活性炭更高的吸附量,表明MOFs作为捕获和存储CO气体的材料是很有潜力的。金属离子与有机配体的结合为MOFs提供了非凡的发光性能,MOFs的发光性质对结构变化非常敏感,晶体表面环境、金属离子配位环境、客体分子与骨架主体的相互作用都会对其发光行为造成影响,基于MOFs的荧光探针可用于检测和识别目标分子。我们应用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)研究了[Zn(sfdb)(bpy)(H2O)]n与硝基苯分子之间的氢键相互作用,探究了激发态下的氢键行为对荧光过程的影响。通过分析前线分子轨道得出[Zn(sfdb)(bpy)(H2O)]n的发光机理为配体到配体的电荷转移(LLCT), LMOF与硝基苯分子形成的氢键复合物的电荷转移机理为从配体到客体分子。通过比较基态和激发态下氢键键长、结合能以及红外振动光谱,我们证明了氢键O15…H13在激发态下是增强的。氢键在激发态下增强会促进分子间电荷转移,导致荧光淬灭,[Zn(sfdb)(bpy)(H2O)]n理论上可用于爆炸物的检测。