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近年来，金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks，MOFs)材料已经成为一种新的重要的多孔材料。MOFs是由过渡金属离子与有机配体配位形成具有三维孔道的晶体材料。由于具有可调的化学功能和可控的孔结构，MOFs在吸附分离、气体存储、催化反应等方面比传统的多孔材料如分子筛等更具有优势。无论从工业应用或科学研究来说，烷烃在多孔材料MOFs中吸附和扩散行为的研究都具有重要的价值。
本文采用巨正则系综蒙特卡罗(Grand Canonical Monte Carlo，GCMC)、构型偏倚蒙特卡罗(Configurational-Bias Grand Canonical Monte Carlo，CBMC)模拟相结合的方法，以及分子动力学(Molecular Dynamics，MD)方法，研究烷烃在MOFs中吸附和扩散的性质。本文主要的内容和结果如下：
(1)通过MC方法分别研究了烷烃甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、戊烷、新戊烷在MOF-5、IRMOF-6、IRMOF-10、Cu-BTC中的单组分吸附。在MOFs中，随着压力的增加，烷烃吸附量增加。低压下，直链烷烃的碳原子越多，吸附量越大；在高压下，情况相反。在MOFs中，支链烷烃的吸附量小于同分异构体的直链烷烃的吸附量，表明MOFs与分子筛一样，对烷烃异构体具有不同的吸附能力。分别比较了MOF-5和IRMOF-6、MOF-5和IRMOF-10、MOF-5和Cu-BTC对单组分烷烃的吸附，分析了不同的有机配体和孔结构对烷烃单组分吸附的影响。分析了烷烃在MOFs中的密度和吸附能，得到了烷烃在孔道中的吸附顺序。
(2)通过MC方法模拟了烷烃混合物甲烷和乙烷、甲烷和丙烷、正戊烷和新戊烷在MOF-5、IRMOF-6、IRMOF-10、Cu-BTC中的双组分吸附。对于直链烷烃混合物，MOFs优先吸附碳原子数目较多的直链烷烃，其吸附分离比表明MOFs具有分离烷烃混合物的能力。对于正戊烷和新戊烷混合物，正戊烷在MOFs中的吸附量比较大。其吸附分离比表明MOFs与分子筛一样具有择形性，能够分离同分异构体混合物。分别比较了MOF-5和IRMOF-6、MOF-5和IRMOF-10、MOF-5和Cu-BTC对双组分烷烃的吸附，分析了不同的有机配体和孔结构对烷烃混合物吸附的影响。根据理想吸附溶液理论(IAST)，通过单组分吸附等温线，计算了二元混合物甲烷和乙烷、正戊烷和新戊烷在MOF-5和Cu-BTC中的吸附平衡，并与MC模拟得到的吸附平衡进行比较。
(3)采用MD模拟方法，模拟了直链烷烃甲烷、乙烷、正丁烷在MOF-5和Cu-BTC中的单组分扩散性质。在MOFs中，相同吸附量的直链烷烃的自扩散系数的顺序为：甲烷>乙烷>正丁烷。由于孔结构的不同，烷烃甲烷、乙烷、正丁烷在MOF-5和Cu-BTC中的扩散行为不一样。烷烃在MOF-5中的扩散系数随着吸附量的增加而减小；而在Cu-BTC中扩散系数随着吸附量的增加先增加后减小。