金属-有机骨架(metal-organic framework, MOF)材料作为一类新型纳米多孔晶态材料,因其具有较高的孔隙率与比表而积,以及孔道化学特性和尺寸在分子层次上精确可控性,在能源气体存储、吸附分离、膜分离、多相催化、药物控释和光电磁等领域受到了人们的极大重视,并显示出广泛的应用前景。特别是,一方面一些MOF材料在吸附和分离方面展现出突出的性能。另一方面,随着一些超稳定MOF材料的不断出现,使MOF早日实现工业化越来越变成可能,而吸附分离被认为是MOF最有可能实现工：业应用的领域之一。随着计算化学方法在MOF材料的设计、性能预测、微观机理探究、构效关系建立等方面的应用越来越广泛,计算化学大大促进了MOF材料的开发和应用研究。本文针对MOF材料在气体吸附分离中的应用,采用计算化学和实验方法对材料进行设计、合成,以及吸附分离性能研究,主要工作如下：1、针对天然气的净化过程,研究了天然气中痕量水对MOF材料CO2/CH4体系吸附分离性能的影响。通过采用分子模拟的手段研究了25种不同种类的MOF材料,提出了痕量水对CO2/CH4体系吸附分离性能产生影响的条件。在此基础上,提出吸附后MOF孔道内存在“自由水”和“固定水”两种水的状态,从而提出了水的影响机理。2、针对气体吸附分离工程中关键操作参数对分离性能的影响,以一种经典MOF材料ZIF-8为例,研究了温度对MOF材料对气体吸附分离性能的影响。实验测试表明温度能大幅降低MOF材料对各种气体的吸附量,且对吸附量较大的CO2影响最大,分子模拟进一步从吸附热角度提出了影响的内在机理,证明这种影响主要是通过影响气体流体间作用力实现的。3、为得到同时具有高吸附选择性和吸附容量的理想MOF材料,我们通过引入-SO2功能团对UiO-67材料进行了分子设计,并采用分子模拟预测了其CO2吸附分离性能。分子模拟预测结果表明-SO2功能团的引入能大幅提高MOF材料的CO2吸附容量和分离选择性,相关的微观机理研究表明-SO：和CO：流体之间存在较强相互作用。为了验证分子设计结果的可靠性,我们采用实验方法进行了概念验证实验合成的UiO-67-SO2进行表征和气体吸附分离测试结果与分子模拟结果基本一致,进一步说明这种改性方法的可靠性。4、针对典型微孔MOF材料孔隙率较低,高压下气体吸附容量有限的问题,我们利用酸酐和氨基缩合的方法,合成出了一系列羧酸配体并将其用于基于金属锆(Zr)的MOF材料合成,进而得到一个具有非互穿结构且具有高孔隙率的材料。在此基础上,我们采用分子设计方法搭建出几个类似结构的Zr-MOFs,并用分子模拟方法预测了这类材料的高压甲烷存储性能和他们对CO2/H2混合物在变压吸附过程中对C02工作容量。结果表明,与现有的典型MOF材料相比,这类Zr-MOF具有很高的甲烷存储性能和CO：捕获能力。5、考虑到金属Hf与Zr在元素周期表中处于同一族且具有相近的原子半径,我们采用Hf金属盐成功合成出了与UiO-66(Zr)具有相同结构的MOF材料UiO-66(Hf)。实验结果表明,该材料具有非常高的化学和热稳定性。在此基础上,我们采用含有不同官能团和不同尺寸的羧酸配体成功地合成出了十二种新型Hf-MOFs,并研究了其中六种Hf-MOF在CO2吸附分离方面的性能。结果表明,引入极性基团或减小MOF孔道尺寸不仅能提高低压下CO2吸附容量,而且也能提高对含CO2气体混合物的吸附分离选择性。