随着超分子化学研究的不断深入，设计、合成结构新颖、性能独特的新型金属-有机超分子化合物已经成为超分子化学研究的一个重要前沿课题。新型的超分子化合物具有合成简单可控、结构复杂多样等优点，在分子探针、荧光、磁性、催化及吸附等诸多方面有着潜在的应用前景。金属-有机超分子化合物的研究，不仅为超分子化学的发展注入了强劲的活力，而且为制备具有光、电、磁等性能的新型分子材料和分子器件提供了崭新的研究思路。　　 本论文选用对叔丁基硫杂杯[4]芳烃(H4BTC4A)和对苯基硫杂杯[4]芳烃(H4PTC4A)为主体分子，在溶剂热的条件下，将其与顺磁性的金属离子及辅助分子/离子自组装，得到了二十个金属-硫杂杯[4]芳烃超分子化合物，并对其进行了结构表征与性能研究。　　 其中，化合物1-4是一组具有椅式构象八核镍（Ⅱ)中心的超分子化合物。改变阴离子的种类对分子实体的局部细节有影响;而改变杯芳烃上沿的官能团，则对金属-超分子化合物的三维堆积有较大影响。需要说明的是，原位生成的碳酸根对产物的生成起着决定性的作用，其不仅作为次级单元的底部，而且将相邻次级单元相连接。　　 在主动引入碳酸钠作为碳酸根的来源时，得到了3个化合物5-7。其中，化合物5和6是同形的3d-4f异金属化合物，包含一个共顶点的三立方烷结构的内核。碳酸根作为次级单元的底部同时将相邻次级单元相连;同时它也表现出一种全新的配位模式。研究还显示化合物5为一例单分子磁体。而在化合物7中，碳酸根却没有作为类羽毛球状的次级单元的底部，反而是酚羟基占据了这个位置。由于酚羟基体积较小，相邻的六个次级单元通过额外的碳酸根相连接，形成一个内有小空腔的变形的纳米球。在这个没有窗口的纳米球的内部，一个氯离子填充其间，作为抗衡阴离子和模板离子。　　 而向体系中引入了叠氮化钠，叠氮根在顺磁性过渡金属离子的催化作用下原位生成了四氮唑;四氮唑连接次级单元得到了化合物8-11。化合物8、9和10的分子实体基本相同，两个类羽毛球状的分子实体和一个梯形管状的分子实体通过碳酸根和原位生成5-甲基四氮唑连接形成一个马鞍形的分子实体。而金属盐的阴离子的改变直接导致化合物11与10的结构完全不同。在化合物11中，一个氯离子取代化合物10中次级单元下沿的碳酸根，四个次级单元以上-上的连接方式通过八个5-甲基四氮唑连接形成一个轮状的分子实体。而化合物13-15中则是钠离子进入了体系。　　 在不同种类的阴离子种类及pH值下，得到了化合物16-18。其中化合物16为简单的四核钴结构，化合物17为笼状的三十二核钴结构;化合物18则同时含有这两种结构单元。在化合物17和18的去顶点八面体笼状分子中，6个四核金属-杯芳烃结构单元位于其顶部，8个钴离子位于其面的位置。由于单金属的尺寸太小，该笼的内腔极小，且没有窗口。这里的去顶点八面体笼状分子与报道的最大不同是，次级单元的底部是硝酸根阴离子而不是水或者甲醇等中性分子。　　 在综合了化合物16和17的结构特征后，我们引入了有机羧酸配体。化合物19和20中，刚性的均苯三甲酸、对苯二甲酸作为去顶点八面体的面或棱，形成内腔更大、窗口更开的笼状超分子化合物。我们对化合物20的磁性及吸附性能进行了初步的研究。在现有研究基础上，加长三元羧酸、二元羧酸的臂长，很显然可以都得到内腔更为大、空腔体积亦更大的笼状超分子化合物。同时，如果改变有机配体的形状与刚柔性，是可以期望得到更有意思、更大内空腔的、结构更为复杂的笼状超分子化合物的。　　 以上这些研究结果，不但极大地丰富了超分子化学的研究内容，而且为研制和开发在磁学性能和吸附性能等领域具有潜在应用前景的新型金属-有机超分子化合物提供了理论基础和实验模型。