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煤炭造就了工业文明，石油造就了现代文明，气体能源将助推低碳文明。天然气是气体能源的重要组成，而我国常规天然气产能严重不足，缺口达900亿立方米。煤层气（CBM）是非常规天然气的重要组成，作为常规天然气的重要补充，越来越引起人们的广泛关注。煤层气来源分为两种：地面直采，甲烷（CH4）浓度高于90%可直接利用；井下抽采，CH4浓度低于30%（低浓煤层气），至今无法得到有效利用，造成了严重的资源浪费与环境污染。高效利用低浓煤层气，CH4/N2分离是关键。传统吸附剂对CH4/N2的吸附选择性低，很难分离。本文基于柔性MOFs高的CH4/N2吸附选择性，对其应用于低浓煤层气中CH4/N2分离进行了深入研究，主要研究内容和结论包括：1、柔性MOFs具有高的CH4/N2吸附选择性，但鲜有气体分离的数据报道。制备的两种柔性MOFs材料[Cu(dhbc)2(4,4’-bipy)]和[Cu(4,4’-bipy)2(BF4)2]，通过气体吸附测试，发现在吸附气体后柔性MOFs会发生明显的体积膨胀。根据此特性，搭建了非限域的气体分离装置，通过调控压力和温度实现了柔性MOFs对于CH4/N2混合气的分离，考察了材料结构的稳定性，水稳定性和水蒸汽对材料的气体吸附分离性能的影响，结果表明柔性MOFs材料具有优良的CH4/N2分离能力，并且显示出潜在的工业应用前景。2、降低柔性MOFs的吸附开口压力是解决其工业应用的关键，为此制备了两种相同层板结构的柔性MOFs Cu(dhbc)2(4,4’-bipy)和Cu(dhbpc)2(4,4’-bipy)，引入C2-C3低碳烃作为吸附质来进行调控，详细考察了其在柔性MOFs上的吸附开口压力变化规律。结果表明：（1）C2-C3低碳烃在柔性MOFs上的吸附曲线具有阶梯吸附现象，且开口压力低于0.1MPa。（2）C2-C3低碳烃在柔性MOFs上吸附的开口压力与其沸点存在反向相关关系，GCMC计算证明了冷凝现象是低碳烃在柔性MOFs上发生阶梯吸附的原因。（3）利用搭建的柔性MOFs分离装置，研究了多种低碳烃混合物在柔性MOFs上的分离，结果表明柔性MOFs能够在较低的开口压力下，有效的分离低碳烃混合物。3、在MOFs材料[Cu(1,3-BDC)(H2O)]2H2O中，引入层间配体吡啶后，合成得到Cu(1,3-BDC)(PY)2结构，进一步调控甲烷的吸附特性。通过CO2，CH4和N2吸附性能测试，发现Cu(1,3-BDC)(PY)2的CH4吸附量明显高于[Cu(1,3-BDC)(H2O)]。密度泛函（DFT）模拟计算了CO2和CH4分子在两个材料结构上的吸附位，从分子角度上讨论了CH4在两种MOFs中发生吸附的机理。DFT计算结果表明，Cu(1,3-BDC)(PY)2具有更高的CH4吸附能力，吸附热从20.67kJ/mol提高到39.38kJ/mol。通过实验和模拟计算，证明了在二维MOFs的层间引入合适的有机配体，能够提高材料选择性吸附CH4的能力，并且提高MOFs材料对于CH4/N2的吸附选择性。4、通过对柔性MOFs的层板进行调变，构建了一维柔性MOFs[Cu(2,2’-bipy)(adipate)]n和[Cu(2,2’-bipy)(ipa)]n，并且对它们的CO2和CH4的吸附性能进行了研究。在低压时，[Cu(2,2’-bipy)(adipate)]n没有气体吸附，随着压力升高至1MPa，CO2的吸附量有明显的上升，吸附曲线出现了一个阶梯。[Cu(2,2’-bipy)(ipa)]n在0–0.6MPa压力范围内吸附曲线呈现LangmuirI型，当压力超过0.6MPa时吸附曲线也出现了类似的阶梯吸附现象。发现在一维MOFs中存在柔性阶梯吸附的现象，通过DFT模拟计算得到了验证。在298K下，测试了CH4在两种一维柔性MOFs上的吸附曲线，发现两种柔性MOFs显示出很高的CO2/CH4吸附选择性，在1MPa时，两个MOFs的CO2/CH4吸附比分别达到22和10。在CO2/CH4分离方面，显示出较大的应用潜力。