作为一类新兴的多孔材料,金属-有机骨架(MOFs)材料在过去十几年得到突飞猛进的发展。MOFs材料是由无机金属离子和有机配体通过配位键连接而成的无机有机杂化材料。由于其组成的可控制性,拥有超大的比表面积和孔尺寸的可调节性等优异特点而被应用在材料领域的众多方面,比如能源存储,物质的选择性吸附分离,小分子传感,光学,仿生,催化方面等等。日臻完善的结构研究已经成为表征材料的一种手段,通过结构研究进行定向设计、可控合成具有一定功能的MOFs才是这一材料未来的发展方向。如何合成稳定的大孔MOFs材料,如何实现功能基团的可控合成,如何提高主客体之间的相互作用进而提高吸附担载量等等,这仍然需要大量的实验和理论研究做深入的探讨。本文运用混合配体策略,选择适当的二齿或三齿有机配体与不同的过渡金属进行反应,设计合成了六个由功能化的混合配体构筑而成的具有大的比表面积的多功能MOFs材料。通过合理的结构分析,我们分别研究了这些化合物在小分子捕捉,荧光探针,氢气吸附,有机硫化物移除和易挥发性有机溶剂吸附等方面的应用。这一工作的目的之一是通过运用混合配体策略,得到非互穿,稳定的,具有大比表面积的MOFs材料。目的之二是通过对所选择的配体进行合理的功能化,研究取代基或特定组成基团对MOFs材料各方面性质的影响,比如氢气存储能力、对易挥发性有机蒸汽吸附能力、对有机硫化物的移除能力等。目的之三是通过一系列含有不同取代基的化合物的研究,分析MOFs骨架与客体分子之间的相互作用,期望得到具备特定功能的MOFs材料。运用混合配体策略我们成功得到了一个由八面体笼状结构单元构筑的非互穿MOF材料(IFMC-15).该结构中拥有一种一维的正方形孔道,利用该结构中的微孔特征,我们进行了碘吸附实验,实验结果表明IFMC-15展现出超强的碘吸附能力,高效而且可逆。结果表明I2@IFMC-15的电导率是IFMC-15的80倍左右,展现出半导体特征。通过向该材料中负载不同比例的混合稀土金属离子,我们成功实现了MOF中的荧光可调。[NH2(CH3)2]·[Zn4O(BPTC)2(BDC)0.5]·8DMF (IFMC-15) H3BPTC=biphenyl-3,4,5-tricarboxylate H2BDC=terephthalic acid同样运用混合配体策略,通过选用合适的配位尺寸相当的两个二齿羧酸类配体,我们成功构筑了另一大比表面积的MOF材料(IFMC-16)。该结构中有三类沿c轴方向的开放孔道。IFMC-16对客体分子具有多点相互作用,在77K,1 bar的条件下氢气吸附量可达到2.80 wt%,在高压区的低压范围大概10 bar左右最高的饱和氢气吸附量为5.3 wt%。也就是说该材料不仅在常压下而且在高压区的较低压强下都展现出对于氢气的超强存储能力。鉴于其稳定的多孔特征,IFMC-16被用于吸附脱硫的研究。实验结果表明,IFMC-16展现出对于benzothiophene (BT)和dibenzothiophene (DBT)出色的吸附能力,以及在吸附过程中表现出良好的稳定性,可重复性及再生性能。[Cu4(BPTC)2(PBA)2(H2O)2]·12DMA·8CH3OH·6H2O (IFMC-16) H3BPTC=biphenyl-3,4,5-tricarboxylate HPBA=4-(pyridin-4-yl) benzoic acid运用溶剂热的合成方法,我们成功设计合成了一系列同构的由混合配体构筑的MOFs,NENU-511,NENU-512,NENU-513和NENU-514。他们都具有高的比表面积和很强的吸附能力。对易挥发性有机溶剂苯的吸附表明,298 K的条件下NENU-513的苯吸附量达到1687 mg-g1,相当于424个苯分子,是迄今为止文献中报道过的MOFs材料中苯吸附能力最强的。由于结构中稳定的孔特征,NENU系列被应用于吸附脱硫的研究。实验结果表明,与其他的MOFs材料相比,NENU系列具有较高的有机硫化物的吸附移除效率。尤其是NENU-511,其具有常温常压下最高的吸附脱硫效率。这一研究证明了设计合成具有大比表面积和内表面含有功能基团的MOFs材料是增加材料本身苯吸附能力和有机硫化物移除能力的有效途径。Zn4O(TDC)(BTB)4/3 (NENU-511)H2TDC=thieno[2,3-b]thiophene-2,5-dicarboxylic acidH3BTB=5’-(4-carboxyphenyl)-[1,1’:3’,1"-terphenyl]-4,4"-dicarboxylic acid