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金属-有机框架(Metal-Organic Frameworks, MOFs)是由金属离子或者金属簇和有机配体构成的一种新颖的多孔固体材料。由于该类材料的多孔性、高比表面积、可裁剪性、多活性位点等特点,使其在气体储存、二氧化碳捕集、分子分离、催化、药物或者其它材料载体等领域具有极其重要的应用。近年来,因MOFs材料的多孔及高度有序结构,可以获得高比表面积的多孔碳以及金属氧化物,而广泛应用于能量储存和转换领域。当前,对于该类材料的研究往往集中在直接合成获得的单分散微晶或者纳米晶粉末,以纳米孔的MOFs晶体颗粒为结构单元构筑其在不同维度的组装体及宏观的高级结构鲜有报道,同时其衍生材料缺乏形貌和孔结构的有效调控。本论文在实验室近年来发展的多重模板法制备系列一维纳米结构材料的工作基础上,集中阐述了模板指引的方法制备一维金属-有机框架纳米纤维及其复合材料,并研究了其衍生材料的电化学性能。我们选择了多种MOFs材料作为研究对象,成功获得了多种多样的MOFs纤维以及复合物纤维,并且进一步组装成三维的MOFs纤维基的气凝胶。本论文深入讨论了不同形貌结构对其衍生多孔纳米碳和金属氧化物的电化学性能影响,为设计和制备高活性的一维多孔非贵金属电催化剂以及电极材料提供了新的思路。另外,通过置换活泼的模板金属碲,获得一维贵金属@MOFs的复合纳米结构,并讨论这种新颖的一维贵金属在MOFs纤维结构限域中的催化活性。本论文所取得的主要研究成果如下：1.采用高质量的超细碲纳米线(TeNWs)作为模板,成功地指引一种经典的金属-有机框架材料(ZIF-8)的成核和生长,首次制备了均一、高长径比以及直径可控的MOFs纳米纤维。模板法合成的ZIF-8纳米纤维通过高温煅烧可以直接转化为多孔氮掺杂碳纳米纤维。这种新颖的纤维状的纳米碳展现出复杂的网络结构、多级孔道和超高比表面积等多重优点。通过阴极电催化氧还原反应测试研究表明,这种多孔碳纳米纤维的电催化活性远高于直接碳化ZIF-8纳米晶制备的微孔碳。进一步掺磷,获得的氮磷共掺杂多孔碳纳米纤维展现出比商业铂碳催化剂更加优异的电化学氧还原活性,半波电位达到～-0.161 V(/Ag/AgCl)。该研究工作为制备新颖的金属有机框架组装结构及其衍生的多孔碳材料或金属氧化物纳米材料提供了一种有效的合成路径。2,设计和合成出一种新颖的基于一维ZIF-8纳米纤维的气凝胶。这种特殊的气凝胶结构可以显著避免ZIF-8纤维之间的接触,因此在高温煅烧过程中,减少纤维之间的聚集,最终形成高分散的中空多孔碳纳米纤维。这种高分散的纤维作为电催化剂和电极材料,可以显著地增强其电化学性能。基于高分散、中空以及多级孔的结构,这种碳纳米纤维作为载体可以装载质量比超过70%的硫,成为稳定和高容量(1337 mA h g-1)的锂-硫电池电极材料。另外,通过同时加入锌和钴元素,一步合成双金属混合的金属-有机框架纳米纤维基的气凝胶。进一步煅烧可以获得Co/N/C的超高活性的氧还原催化剂,半波电位达到～-0.133 V (/Ag/AgCl)。3,发展和制备了一种基于碳质纳米纤维(CNF)及其气凝胶的CNF@MOFs复合纳米纤维和气凝胶,选择三种经典的MOFs材料作为研究对象(HKUST-1, ZIF-8, MIL-100-Fe),通过层层自组装的方法,成功获得一维的CNF@MOFs纳米纤维及其气凝胶,并且研究了它们的气体吸附性能。进一步通过煅烧CNF@ MIL-100-Fe,获得了高分散的三氧化二铁纳米管。并研究其在锂离子电池中的电化学行为,发现在高倍率条件下,具有很好的稳定性和高容量。4,设计和制备出了基于一维贵金属及其合金的复合MOFs纳米纤维。通过碲元素到贵金属转化,分别获得Pd或Pt及其合金的纳米线、纳米管的复合UIO-66和UIO-66-NH2勺纳米纤维。进一步研究了这种特殊一维贵金属线和管的MOFs纤维结构基于分子尺寸选择和气体富集在增强有机催化和光催化等方面的应用。5,发展了一种简单的气相沉积策略在金属-有机框架材料表面修饰疏水的聚二甲基硅氧烷(PDMS)以提高材料的水／水蒸汽稳定性。三种常见的水稳定性差的MOFs材料作为研究对象(MOF-5、[Zn(bdc)(ted)0.5]·2DMF·0.2H2O和HKUST-1),在MOFs晶体的表面上沉积了一层约十几个纳米厚的PDMS保护层,使得原本亲水的MOFs材料,转变成具有高度疏水的特性,从而阻隔了水分子的侵入。研究发现,这种表面保护层的形成不会影响金属有机框架材料原有的晶体结构、多孔性以及催化活性位点的可达性,使得修饰后的MOFs能在一定的湿度条件下甚至在水中,极好地维持其既有的气体吸附和催化能力。研究表明,该方法可广泛应用于多种MOF材料的表面疏水修饰,有效增强其对水(或湿度)的稳定性。