金属有机骨架材料是由金属离子或团簇和有机配体连接而成的一种新型的具有纳米孔的三维骨架材料。与传统的微孔材料相比,金属有机骨架材料因具有丰富的拓扑结构、高的孔隙率、大的比表面积、可控的孔尺寸、强的化学稳定性和热稳定性等性质,而使其在吸附、分离、化学传感和催化等诸多领域都具有潜在的应用价值。随着水体污染、有毒气体排放和温室效应等环境问题的日益严重,人们对环境治理和新能源的开发利用更加关注,因此有关金属有机骨架材料在环境和新能源领域的应用研究就显得更加的重要。为了探索金属有机骨架材料在环境和能源领域的应用,进一步提高其性能,本文主要从水体除铀、氢能存储和新能源器件三方面进行研究:首先,本文采用溶剂热法合成了有代表性的水稳性较好的HKUST-1,采用XRD、SEM、TEM、FT-IR、TG等方法对其进行表征,并初步研究了 HKUST-1对铀酰的吸附性能。研究表明,HKUST-1吸附铀酰离子的最佳条件是铀溶液初始pH为6,吸附剂用量为0.03g。热力学和动力学研究结果表明,HKUST-1在不同温度下吸附铀酰的等温线更符合Langmuir模型,其相关系数均大于0.99。吸附过程是一个自发、吸热的过程。HKUST-1对水体中铀酰离子的吸附在2h左右达到平衡,准二级动力学方程对HKUST-1吸附铀酰的动力学数据的拟和效果最佳。HKUST-1对铀铣离子的吸附机制初步确定为物理吸附和化学吸附共同作用。在所选的脱附液中,Na2C03的脱附效果最好。该研究证明了金属有机骨架材料在铀吸附领域潜在的应用价值,为研究其他金属有机骨架材料在铀吸附领域的应用提供了研究基础。其次,本文采用溶剂热法,在高的反应液浓度和三乙胺辅助生长的条件下,合成了具有特殊孔结构的MOF-5材料。经XRD、SEM、TEM、N2吸脱附等方法对其进行表征,发现所合成的MOF-5材料同时具有互穿结构和包含晶粒间介孔在内的大量的介孔结构。研究结果表明,所合成的MOF-5与文献报道的MOF-5材料相比,其热稳定性和氢气存储能力都得到了提高,热分解温度为470℃,储氢量达1.86 wt%。另外,在此工作基础之上,文中还将表面功能化的多壁碳纳米管引入到所合成的MOF-5材料中,并研究了碳纳米管的引入对所合成MOF-5结构和性能的影响。研究结果表明,碳纳米管的植入可以进一步提高所合成MOF-5的热稳定性和氢气存储能力,同时还可以提高所合成MOF-5在空气中的稳定性。植入碳纳米管后的MOF-5的热分解温度为495℃,储氢量达2.02 wt%,可在相对湿度20%的空气中稳定存在6天。该研究对如何提高其他MOFs材料的储氢性能具有一定的指导意义。最后,本文以铜网为载体,在铜网表面引入功能化碳纳米管作为MOF-5的形核位,采用二次生长法在MWCNTs/Copper net上成功制备了 MOF-5膜。为了制备MOF-5/MWCNTs/Coppernet复合膜,我们利用Bi2O3/MWCNTs/Cu这个结构相对简单且组装机制相同的体系对制备工艺进行了探索,并提出了两步自组装工艺。经XRD、SEM和光学显微分析,所制得的复合膜结晶度高且膜层连续致密。与MOF-5/Coppernet复合膜相比,其在空气中的稳定性得到了改善。在组装了染料罗丹明B后,表现出光致发光能力,证明了其作为主体材料在激光系统中的应用前景。本研究为拓展金属有机骨架材料在吸附领域的应用提供了研究基础,同时也为多孔材料性能优化给出了设计思路。