金属有机框架材料（MOFs）具有可调的金属簇和有机配体,因而有可设计的拓扑结构,可调的孔道结构等优异的性能。因此,这类材料在磁性,荧光传感,气体储存和分离,催化和能源储存等领域具有广泛的应用。但是,这类材料的稳定性差,因而限制了其的广泛应用。合成具有高的水稳定性的金属有机框架材料,并开发其在荧光传感和电容设备方面具有潜在的应用价值。本论文采用晶体工程的方法,针对金属簇结构单元进行设计,旨在合成具有高核簇,高连接的稳定MOFs,并开发其在荧光传感检测环境污染物和新能源电容设备方面的应用。首先,设计合成含有镧系金属La,过渡金属d¹⁰(Zn²⁺,Mn²⁺,Co²⁺等),或异金属d-f,d-p等金属簇的金属有机框架材料,并开发其在荧光传感检测环境污染物方面的应用;其次,合成高核的过渡金属有机框架材料,针对具有氧化还原活性的金属簇单元,开发其在电容器方面的应用。最后,针对所合成的比电容高,稳定性好的金属有机框架材料,制备出金属氧化物的纳米材料,并提高其电容性能和循环稳定性。本论文研究工作具体如下:（1）基于选取具有π-π共轭,p-π共轭的多羧酸有机配体H₃TATB（4,4’,4’’-s-三嗪-2,4,6-三基三苯甲酸）和H₄PDTA（5,5’-（丙烷-1,3-二基双（氧基））二间苯二甲酸）。选用π-π共轭的H₃TATB与镧系金属Tb合成具有双核Tb簇[Tb₂（COO）₆],（3,6）-连接二维网状结构的镧系金属有机框架材料1;选用柔性多功能p-π共轭的配体PDTA^4-,合成了具有少见的三核[Zn₂Ca（COO）₆]簇基的金属有机框架材料2,具有（4,8）-连接三维网状结构,在其孔内装饰有活性位点的烷氧基,为其在多功能荧光传感检测金属离子和中性分子方面具有很好的应用。具体研究了2在检测Fe³⁺、Cr₂O₇^2-、Mn O₄^2-、NH₃·H₂O和N₂H₄·H₂O等离子方面的应用。其荧光猝灭常数K_SV依次是4356.7、1152.2、1106.3、327.5和556.0 M^-1;还具有比较高的灵敏度,其对应的检出限LOD分别为0.01880、0.02914、0.02402、0.1402和0.07533 m M。（2）选用多功能羧酸配体HPBPA（1,3-二（4-乙氧基吡啶）苯甲酸）、H₃BTB（1,3,5-三（4-羧基苯基）苯）和H₃TATB,与过渡金属Co、Mn等在溶剂热条件下,自组装成3个MOFs。与金属Co²⁺合成具有5核Co簇[Co₅（CO₂）₄（N）₈（C₂H₃O₂）₂]的三维结构的配合物3;具有六核[Co₆（COOH）₈（μ₂-O₂）H₂O]簇的配合物4,具有三维嵌套的笼套笼的结构。具有12核Mn簇{[Mn₃O3（COO）₆]₄}的八面体笼套四面体笼的三维结构（配合物5）;另外,当电流密度为1 A g^-1时,并对这三个电极在1M KOH电解质中,所测的比电容值依次是424.4F g^-1、266.7 F g^-1和558.0 F g^-1。经过1500次充放电循环后,其电容保持率分别为47.1%、66.7%和40%。（3）基于六核Co簇基配合物4作为前驱体,高温碳化分解得到多孔氧化物Co₃O₄-6。其比电容值327.1 F g^-1。经过1500次充放电循环后,其电容保持率达61.5%。本实验的设计提高了这种多孔氧化物Co₃O₄-6的循环稳定性。