金属有机骨架材料(MOFs)作为一类新型的功能性多孔材料,由于在众多领域例如气体吸附、异相催化、药物载体和化学探针等均具有潜在应用价值而受到越来越广泛的关注。与传统的多孔材料相比,金属有机骨架的结构易裁剪、骨架易功能化,逐渐成为配位化学和材料化学交叉领域的研究热点。通过有机合成这类材料的骨架进行修饰,其物理性质和化学性质将随之发生变化,使其具有广泛的应用前景。运用晶体工程的原理,结合金属有机骨架的结构特点及合成规律,设计得到的功能性配体构筑出合理的晶体结构,以实现材料的功能化,将光电磁、催化和气体存储等不同的性质引入到MOFs中,给这一交叉研究领域提供了充足的发展动力和前景。本论文以含有功能性官能团的多酸化合物(含富电子的咪唑翁盐,未参与配位的活性基团NH和SH等)为配体,通过对实验条件的调控,得到具有活性官能团的孔洞材料,系统研究了活性官能团的存在对MOFs吸附气体和染料性能的影响,探讨了金属有机骨架材料作为异相催化剂的催化活性。论文取得的主要研究成果如下：1.以2,3-二氯喹喔啉为原料,首次合成了一个含有螯合氨基的多酸配体(H2DDQ)。螯合氨基和喹喔啉上的四个N原子协同作用,避免活性基团参与配位,能够合成出具有含活性基团的MOFs。通过溶剂热反应合成出一系列的含有孔洞的MOFs (Cu-DDQ、Zn-DDQ和Pb-DDQ)。通过Platon计算得到Cu-DDQ、Zn-DDQ和Pb-DDQ的理论孔隙率分别为33.5、34.7和23.1%。三个材料对N2的吸附相当少,而对CO2的吸附则相当明显。尤其是Cu-DDQ,在273 K,800 torr时,可以吸附约180cm-3 g-1的CO2气体。同时研究了他们对染料的吸附能力。结果表明,Zn-DDQ和Cu-DDQ能够快速的分离染料混合物。以Cu-DDQ为异相催化剂,研究了其催化硅氰化反应活性。Cu-DDQ对醛类物质具有较好的催化活性。2.以稀土离子和H2DDQ为原料,溶剂热反应合成出两个同构并含有孔洞的MOFs (Er-DDQ和Eu-DDQ)。通过Platon计算得到Er-DDQ的理论孔隙率分别为18.7%。由于Er-DDQ的孔洞较小,所以N2和CO2的吸附量并不明显。Er-DDQ由于螯合氨基的存在,对罗丹明B有相对较好的吸附效果。同时,Er-DDQ对醛类物质具有较好的催化活性。3.通过改变反应温度和pH等影响因素,以同样的配体和稀土金属离子得到了三个同构的且孔洞更加突出的稀土MOFs材料Y-DDQ、Dy-DDQ和Eu-DDQ。 Y-DDQ、Dy-DDQ和Eu-DDQ的三维结构显示了一个sra的拓扑构型,孔隙率为40.7%。通过N2和Ar的吸附脱附曲线,得到Y-DDQ的BET比表面积和孔径等孔参数。此外,由于螯合氨基的存在,Y-DDQ对CO2的吸附量也较大。同时,因为结构中的金属空位点,Y-DDQ对离子型染料的吸附能力明显高于中性染料。和之前的两类MOFs相比,Y-DDQ同样能够很好地催化硅氰化反应。4.以对苯二甲酸和2,3-二(三氮唑)基喹喔啉为原料合成了一个金属有机骨架(Zn-BDC)。自组装过程中,2,3-二(三氮唑)基喹喔啉发生了分解。而该分解反应在Zn-BDC的合成过程中具有非常重要的作用。由于特定的孔洞大小,Zn-BDC可以用来分离不同大小的有机分子以及作为药物的载体。此外,以Zn-BDC为载体可以将Pd纳米粒子负载到Zn-BDC上。Pd@Zn-BDC催化还原4-硝基苯酚的性能较高,k=0.014s-。5.基于巯基三嗪的三齿羧酸(H3TTTA)为配体,利用溶剂热反应合成了两个同构的稀土金属三维配位聚合物(La-TTTA和Nd-TTTA)。La-TTTA结构中,三嗪N和S原子没有参与配位。由于活性官能团的存在,配位聚合物在不同的阳离子和溶剂分子中显示出不同的荧光强度,可以作为新型的环保型荧光探针(检测重金属离子与毒性溶剂)。同时La-TTTA能够很好的催化TMSCN反应。