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金属-有机框架物由于其丰富的拓扑结构和超大的比表面积在气体吸附与分离、催化、光学、磁性等方面具有潜在的应用价值。如何设计合成功能金属-有机框架物成为此类微孔材料发展的的瓶颈问题。与传统无机多孔材料相比,金属-有机框架物具有优越的可设计性和方便的后修饰性,可以通过设计合成有机配体来调控孔径大小和控制活性官能团的种类。常见的配体合成主要包括常规的有机合成和原位反应。常规的有机合成是指通过设计合成有机配体,之后将其用于构筑金属-有机框架物；原位反应是指前驱体通过原位反应转化为新配体,再与金属离子反应构筑金属-有机框架物。金属离子可以通过有目的提前选择或通过金属离子交换法置换得到。金属离子交换法是一种后修饰合成法,可以用目标金属离子替换配位中心金属离子,达到设计合成金属-有机框架物的目的。本文设计合成了四种不同结构的多羧酸有机配体(H3L1, H3L3, H4L4, H6L5),通过配位键与过渡金属离子(Zn2+, Cd2+, Mn2+, Cu2+)和镧系金属离子(Ce3+,Pr3+,Eu3+, Tm3+, Yb3+)自组装构筑了12个新颖的金属-有机框架物,通过X-射线单晶衍射、热重分析、X-射线粉末衍射及元素分析对它们进行结构表征,并研究了它们的气体吸附与分离、催化、荧光识别、染料吸附、磁性等性能。本论文的主要内容如下：1、利用配体H3L1与Cd2+和Zn2+构筑的金属-有机框架物1和2均包含沙漏状次级构建单元(Second Building Units,简称SBUs),其中在合成2的反应中,配体H3L1发生原位脱羧反应,生成新配体H2L2,4,4’-二(2,3,5,6-四甲基苯甲酸)-(2,3,5,6-四甲基苯)-硼烷,代替H3L1与Zn2+配位生成2。由于两种化合物的SBUs中配位溶剂分子数目不同,造成其结构稳定性不同。1脱溶剂之后骨架坍塌,而2脱溶剂之后孔道保留且表现了良好的气体吸附性能。2、利用配体H3L1与Mn2+构筑了一个阴离子骨架的微孔金属-有机框架物3,通过离子交换法将中心金属离子Mn2+交换为Cu2+,结构骨架没有变化,得到4。对比研究3和4的气体吸附、染料吸附、催化和磁性性能,发现两种化合物均有良好的气体吸附性、染料选择吸附性,对醛的硅氰化反应有良好的催化活性。然而它们的磁性截然不同,3在47 K下表现为铁磁性,而4表现为反铁磁性。3、利用配体H3L3与镧系金属离子构筑了五种微孔金属-有机框架物(Ln=Ce(5), Pr (6), Eu (7), Tm (8), Yb (9)),由于镧系收缩和配体的不同配位模式双重影响,5和6是异质同构体,7-9是异质同构体。五种化合物都包含类似的一维孔道,然而5和6的孔道被配位N,N-二甲基吡咯烷酮分子填充堵塞。7表现了明显的Eu3+的特征荧光光谱,具有荧光识别丙酮和硝基苯类小分子的能力。此外,9表现出选择性吸附CO2和催化性能。4、配体H4L4与Cd2+在不同溶剂中反应得到两种不同结构的新型金属-有机框架物10和11,并分析了它们的结构。利用配体H6L5与Cu2+构筑了一种笼状堆积化合物12,与配体(三-(4-间苯二甲酸基-苯)甲基硅烷)相比,H6L5由于乙炔基的引入具有更长的支链,因此合成的化合物12具有更大的比表面积和N2吸附量。