柱芳烃作为一类新的人工大环合成受体在分子识别、自组装、传感与检测、生物医药、光学材料等方面得到了迅猛发展。随着经济的高速发展和人们生活水平的不断提高,能源存储、生态环境以及疾病治疗等问题日趋成为人们关注的焦点且亟待解决,这些在很大程度上依赖于新材料新技术的开发。因此,本文紧紧围绕柱芳烃这一主题,以有机多孔能量存储材料和超分子纳米阀门为功能导向,有机的融合柱芳烃独特的空腔性质和高度易修饰官能化的骨架结构优势,发展和建立柱芳烃有机功能材料的构筑新方法,为实现功能有机大环材料的可控制备和功能调节搭建新的平台,从有机超分子化学角度为解决能量存储、空气吸附与分离、靶向药物传输控释等与人类社会生活息息相关的重大科学问题提供新的思路和策略。本文工作归纳为如下三方面:首先,通过调节反应时间、温度、投料比、溶剂用量等实现高产率一步合成甲氧基柱五芳烃(DMP5)。首次得到了DMP5与高挥发性分子乙腈、二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮的复合物单晶,单晶表明为1:1键合。核磁滴定表明DMP5与乙腈、二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮、正己烷键合强度依次减弱。键合过程是焓变驱动的自发过程,并且键合的强度与氢键、柱芳烃空腔以及客体的尺寸形状有关。该工作深入地分析和研究了柱芳烃对溶剂分子的选择性键合行为和机制,为今后柱芳烃在选择性吸附和分离方面提供了工作基础。其次,我们首次得到三种新型的低密度的固态柱芳烃超分子有机骨架多孔材料(Pn-SOFs),它们对乙炔具有比较高的存储密度(高达0.12 g cm-3,STP),对乙炔和二氧化碳与其它气体的混合气体具有非常高的选择性吸附分离性质(高达3733)。其中P6-SOF-2为单节点六配位pcu alpha-Po简单立方网络(41263),P6的骨架结构由于苯环扭曲变为C2对称的椅式构象,这是首例非柱状刚性对称柱芳烃。然而纳米管状的P6-SOF-1是由高度对称的柱状P6环(D6h对称)构筑而成的。P5-SOF为单节点七配位的双周期的网络拓扑结构(3641352)。这种材料结合了超分子大环的主客体性质,同时具有多种不同尺寸和形状的孔道贯穿交叉连接,孔道周围有很多羟基,因此对多种混合气体具有极高的选择性吸附行为。该项研究对今后SOFs的设计和选择提供了参考依据,拓展了柱芳烃在实际生产生活中所面临的能源存储、废气处理和分离等方面的应用,为基于Pn-SOFs膜材料的构筑与性质研究提供理论基础。最后,我们首次将柱芳烃超分子纳米阀门通过后修饰的方法安装于纳米金属有机多孔骨架(Nano MOF)材料表面,利用p H和竞争试剂对柱芳烃阀门进行开关调控,解决MOFs药物控释体系长期悬而未决的问题。然后我们针对发病部位和发病机理设计了特定的智能载药体系,实现了p H、Zn2+、Ca2+、温度等多重响应的Nano MOF纳米阀门的药物控释,首次展望了该体系在治疗大脑神经系统疾病、癌症、骨骼疾病方面的应用。该体系有五大优点:(1)针对发病机理设计,智能识别响应,病变部位释放药物,避免对正常细胞的毒副作用;(2)释放速度和释放量能根据病情以及病变部位的微环境智能调节;(3)可同时调节病人体内的p H、锌离子浓度、钙离子浓度等,避免额外用药;(4)结合物理疗法,加速血液循环,促进新陈代谢,帮助药物吸收;(5)金属有机骨架可调控,能够进一步得到具有磁响应、远红外响应、荧光成像、DNA/RNA装载、前药释放等多重功能的载药材料。柱芳烃门控的MOFs具有前释放低、药物装载量大、依据病情和病理需要可调节性强、无细胞毒性、粒子尺寸利于细胞吞噬等优点,因此柱芳烃门控的MOFs将成为纳米医学领域一类新兴的材料。