金属有机框架（MOF）作为一种新型的天然多孔材料,不需要经过钻孔或者堆积形成纳米层通道即可达到分子筛分的目的,从而在气体分离、海水淡化、污水处理以及气体干燥等分子筛分领域具有广泛的应用前景。在分子筛分的研究中,氦气分离以及海水淡化是两个重要的研究方向。由于氦气对于国家国防军工以及高科技产业的发展具有重要意义,随着社会以及科学的不断发展,世界各国对氦气的需求也在不断增长。但是氦气资源短缺是我们现在正在面临以及亟待解决的问题,因此如何将氦气从天然气中进行有效分离则显得尤为重要。淡水资源短缺也是许多国家正在面临或者即将面临的重大挑战之一,尤其是随着工业的发展以及人口的不断增长,淡水资源短缺的问题将愈发严重。如何获得充足的淡水资源供给是我们不得不尽快解决的一个问题。海水占全球总面积的四分之三,充足的海水资源供给使得海水淡化技术成为解决淡水资源短缺问题的可行以及可靠办法。但是针对于分子筛分方面的一些传统分离技术（低温蒸馏、变压吸附等）来说,都较为普遍的存在着能耗过高,成本高以及造成污染严重的问题。因此,寻找开发简洁高效的分离技术显得尤为重要。基于膜材料进行分离的技术有着操作简便,能耗小以及零污染的优势,可以有效克服传统分离技术中出现的问题,从而引起了科学家们的广泛关注。膜材料在膜分离技术中起着重要作用,因而寻找能够有效应用于分离技术的膜材料是氦气分离以及海水淡化能够成功的关键。利用第一性原理计算以及分子动力学模拟来探究膜分离氦气以及用于海水淡化的性能,能够为以后的实验指明研究方向并提供理论指导,因而具有重要的科学意义。金属有机框架的孔径大小分布范围广泛,可以根据分离需求找到适合分离的金属有机框架,因此本文以四种二维金属有机框架——Fe（Ni）-PTC及NiAT（NiIT）为研究对象,采用第一性原理计算以及分子动力学模拟,探究Fe（Ni）-PTC在氦气分离方面的应用潜能,并利用分子动力学模拟探究了 NiAT（NiIT）在海水淡化方面的应用潜能,该论文主要取得了以下结论:1、我们采用第一性原理计算和分子动力学模拟相结合的方法,从理论上研究了Fe/Ni-PTC二维金属有机框架从天然气和其他稀有气体中分离氦气的可行性。Fe/Ni-PTC MOF具有较高的氦渗透率(～6×10-4 mol s-1 m-2 Pa-1)和优异的He/N2选择性（1015～1017）,优于之前提出的大多数二维多孔膜。定量自由能分析表明,氦气通过Fe/Ni-PTC MOF时的自由能能垒仅为～5 kBT,明显低于氮气（～70 kBT）,使得氦气在室温下具有较高的分离选择性。研究结果表明,Fe/Ni-PTC膜皆可以将氦气从天然气中进行有效分离并且具有良好的工业应用前景。2、利用分子动力学模拟探究了NiAT MOF以及NiIT MOF在海水淡化方面的可能性。两层NiIT MOF膜的透水率高达45 L/cm~2/MPa/day,并且离子截留率可以达到100%。而两层NiATMOF膜的透水率则达到了 71 L/cm~2/MPa/day,可防止大约96%的钠离子和氯离子通过。微观水分布分析表明,NiAT膜附近的水比NiIT更密集,这种情况有助于提高水的渗透性。此外,定量自由能分析表明,水分子（～5kJ/mol）通过膜的能垒比离子（钠离子:～13 kJ/mol;氯离子:～15 kJ/mol）要低得多,表明离子比水更难通过MOF膜。值得一提的是五层NiAT膜的透水率仍高达50 L/cm~2/MPa/day,并且可以隔绝99%的离子通过。因此,NiAT（NiIT）MOF能够作为一种有竞争力的海水淡化膜材料来进行使用。