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金属有机骨架材料(Metal-organic frameworks, MOFs)是一种具有大比表面积、高孔隙率、化学可修饰以及结构组成多样性的新型多孔材料,它们在气体存储、吸附分离以及催化等领域有着广阔的应用前景。研究MOFs材料上的吸附,揭示其吸附机理,对新MOFs材料的设计及其在吸附分离及催化等领域的应用,具有非常重要的理论研究和应用价值。本文在以下几个方面做了较系统的研究：1.采用体积法测量了CO2、CH4、C2H6、C2H4和C2H2在MIL-53(Al)上的吸附等温线。利用Sips-Langmuir等温式描述其吸附等温线,在此基础上获得吸附热力学参数。结果显示,当吸附温度低于吸附质临界温度时,在低压条件下,首次观察到MIL-53(Al)同样有“呼吸”效应(Breathing effects)。这是由于主客体间的相互作用力(Interactions between guest and host)使得材料的骨架关闭,晶胞发生收缩,产生所谓的大孔(large pore, lp)形式向狭窄孔(narrow pore, np)形式转变的“呼吸”效应。然而,当吸附温度在吸附质临界温度之上时,在低压条件下,无“呼吸”效应被观察到,材料骨架结构仍保持lp形式。这可能是由于在临界温度之上和所研究的压力范围内,吸附质与吸附剂间的相互作用力太弱而不能使骨架发生收缩。2.合成了MIL-101并详细研究了其气体吸附行为。采用水热法制备并经乙醇和NH4F溶液进行两步活化而得具有高比表面积和高孔隙率MIL-101。采用体积法测量了C2H4、C2H6、CO2、CH4、n-C4H10和iso-C4H10在MIL-101上的吸附等温线,并应用Clausius-Clapeyron方程获得等量吸附热(Isosteric heat)与覆盖度间的关系。CH4和CO2等量吸附热随其覆盖度的增加而递减；C2H6的等量吸附热随其覆盖度的增加先有所增加,最后呈现下降趋势但是下降的程度并不大；而C2H4的等量吸附热随其覆盖度的增加而发生急剧下降,其零覆盖度时的等量吸附热值高于C2H6的,这表明C2H4与MIL-101骨架中的特殊点位间存在强的相互作用力,同时表明材料的表面吸附异性。在此基础上预测了MIL-101材料对CO2/CH4,C2H4/C2H6和n-C4H10/iso-C4H10混合气的吸附分离性能。结果表明,MIL-101对CO2/CH4和C2H4/C2H6混合气具有高的分离性能；对n-C4H10/iso-C4H10混合气无高的分离性能,但其对这两种吸附质具有一定的择型吸附性,这是由于n-C4H1o和iso-C4H10分子结构不同所致。3.采用体积法测量了CO2、CH4、C2H6、C2H4和C2H2在CuBTC上的吸附等温线,双位Langmuir模型(Dual-site Langmuir, DSL)能很好地拟合了CO2、CH4、C2H6、C2H4和C2H2的吸附等温线。在此基础上获得体系的吸附热力学参数,如等量吸附热、吸附平衡常数等。在所研究的实验条件下,气体分子首先在CuBTC稍小的四面体边袋孔(Side pocket)或不饱和铜金属点位吸附,即较强的静电相互作用和色散相互作用区域吸附。当该吸附位被吸附饱和之后,随着压力进一步增加,吸附质分子开始占据较大的正方形主孔道,即较弱的静电相互作用和色散相互作用区域。基于CO2吸附等温线而推算所得材料孔体积值稍高于77 K时氮气吸附计算的值,说明CO2分子更适用于表征微孔材料的孔结构性质。预测了CuBTC对CO2/CH4、C2H4/C2H6和C2H2/C2H6的混合气的吸附分离性能和对C2H2存储的性能,结果表明CuBTC可望应用于这类混合气的吸附分离并是一种可存储C2H2的微孔材料。