CO₂的过量排放会导致全球变暖、海洋酸化等各种环境问题的产生,从烟气中捕集回收CO₂具有重要的意义。与吸收、蒸馏等工艺相比,吸附和膜分离碳捕集技术具有环保且节能等优点,在学术界和工业界已经受到了广泛的关注。金属有机骨架（MOFs）材料是一种由金属节点和有机配体配位形成的多孔晶体材料。由于其大的比表面积、规整可调的孔道、优异的吸附性能、多样性的结构、独特的亲和力等特点,MOF材料在气体吸附和膜分离方面显示出巨大潜力。多种MOF材料已经被设计用作吸附剂和作为膜材料来捕集CO₂。CO₂的吸附分离遵循吸附和扩散机理,即主要取决于MOFs的孔径和MOFs与渗透分子的相互作用。在该背景下,本文从控制吸附和扩散的角度出发,为了克服常规MOF材料的合成限制,对MOF材料和MOF膜进行合成后改性,来改变和优化MOF的孔道结构、微环境和扩散过程,从而提高MOF材料和相关分离膜对CO₂的捕获选择性和分离选择性。主要研究内容和结果如下:（1）开发了用于MOFs改性的气相配体交换（VPLE）方法。通过无溶剂且环境友好的VPLE处理,即直接将母体MOFs暴露于气相子配体中进行配体交换,实现MOF材料的合成后改性。基于子配体具有与母体配体相似的理化性质,多种带有官能团但不易于MOFs结晶的子配体以构建单元的形式被整合进入母体MOF框架中。除通过单交换制备具有双配体MOFs之外,VPLE还可以通过多步操作进行配体交换,以获得具有多配体和多官能团的MOF材料。在本研究中,MOF的吸附性能主要取决于MOF材料孔道性质和目标吸附分子特性。由于卤素的掺入可增强MOF材料的极化率和四极矩,进而提升其与CO₂分子的强相互作用;且改性MOF材料孔隙率保持良好;所制备的MOF材料具有优异的碳捕集性能。相对于未改性材料,VPLE处理过的ZIF材料的CO₂/N₂吸附选择性提升至两倍,从15.0增加至31.1。（2）报道了一种基于聚多巴胺（PDA）涂覆的多功能后改性策略,用来提高MOF膜的CO₂分离性能。由于其强大的生物粘附性,PDA可以通过简单且温和的过程沉积在Ui O-66膜上。并且PDA能够浸渍到MOF膜内部的无效纳米级针孔和晶界进而抑制非选择性气体的迁移,从而使得PDA/Ui O-66膜表现出提高的CO₂/N₂和CO₂/CH₄选择性,分别为51.6和28.9,比报道的具有相似渗透率的MOF膜高2-3倍。同时,由于PDA温和的改性和超薄的涂层,改性后的Ui O-66保持了原有的孔道和亚微米级的膜厚。因此,CO₂渗透率最大可达3.7×10^-7 mol m^-2 s^-1 Pa^-1（1115 GPU）,比具有相似选择性的膜大两到三个数量级。如此高的选择性和渗透性满足了工业烟气捕集的性能要求。分离机理研究表明,该膜的分离过程主要受控于吸附-扩散模型。经改性后,膜对不同分子的吸附性能变化不大,但由于针孔内扩散被抑制,扩散选择性得到极大的提升。此外,具有良好重现性的PDA/Ui O-66膜在潮湿条件下在36小时的测量时间内对CO₂的捕获具有出色的长期稳定性。