目前工业上常用的气体分离方法存在一定缺陷,而MOFs材料具有独特的孔隙结构,可以通过调控孔径从而实现气体分离,这种吸附分离法由于分离效果好、效率高而受到关注。因此,开发并研究新型MOFs材料对CO2/CH4进行吸附分离成为能源化学与材料研究中的重要一环。新型阴离子桥联超微孔MOFs材料在传统MOFs材料的基础上引入规律排布的无机阴离子提供强吸附作用位点,不仅保留了三维孔材料密度低、孔隙率高、比表面积大的特点,也增加其吸附容量和选择性。基于新材料的发展,本课题主要聚焦嵌入4,4’-联吡啶乙炔作为分子转子的新型MOF材料Zr FSIX-2-Zn-i（ZU-66）,利用第一性原理DFT计算,结合势能扫描和能垒分析法,对吡啶环背后旋转机理和孔径调控机制以及CO2/CH4选择性的作用规律进行探究。主要的研究内容有以下几方面:（1）利用模型简化思想将ZU-66材料的晶胞简化至单孔道模型。根据模型结构特点进行分析发现,其孔道结构和尺寸主要受6个联吡啶环影响,吡啶环每次旋转0-6个共会得到64种可能的孔道构型。由于该模型是对角对称结构,可以构建和筛选出24种有效孔道模型。（2）采用密度泛函理论对气体分子穿过孔道的代表形态进行势能扫描,主要选择CO2平行（parallel）和垂直（vertical）孔面,CH4H-H-H平面平行（triangle）于孔面和H-C键垂直（vertex）孔面作为其代表形态。结果表明,在实际穿透过程中气体会变化形态完成穿孔。因此,进一步对不同气体形态的势能能垒进行了拟合分析。（3）运用能垒分析法对CO2和CH4的拟合能垒与能垒差进行对比发现,24种有效孔道模型根据特点可以分为四类:第Ⅰ类结构几乎难以完成CO2和CH4的分离;第Ⅱ类结构孔道结构简单,CO2可以自主穿透孔道,具有一定的分离选择性;第Ⅲ类结构提供的孔径适中,且孔道复杂程度刚好达到了最佳的分离效果;第Ⅳ类结构由于CO2和CH4自身透过能垒过大难以实现分离。约化密度梯度分析进一步表明,相比孔径尺寸大小,孔道的结构特点是决定CO2/CH4分离选择性的关键因素。