孔材料在分离、多相催化和气体储存等多个领域具有很好的应用前景。在过去几十年中，科学家们研究了一系列孔材料，除传统的沸石和活性炭以外，还包括金属有机网络（MOFs），多孔有机笼子（Porous Organic Cages）和微孔有机聚合物（MOPs）等孔材料。其中，MOPs具有高比表面积、低骨架密度、高化学稳定性等独特的性质，还能在孔结构中引入功能性的化学官能团，近年来引起高度关注。开发具有更高比表面积、孔尺寸可控和功能性可调的MOPs是当前研究的热点。目前面临的主要问题是，合成共轭微孔聚合物（CMPs）和其它一些MOPs需要使用过渡金属催化剂或贵金属催化剂，成本高昂，只能用于实验室规模的生产。此外，合成MOPs的单体一般需含卤素、乙炔基或立体结构（如螺环），也难以合成。因此，发展低成本、可大规模生产MOPs是一个巨大的挑战。本博士论文的主要工作是探寻新方法，用于设计合成低成本、功能化的MOPs。新方法获得的MOPs通过氮气吸附-解吸附等温线，固体核磁技术进行表征。根据这些MOPs的特性，将其分别作为气体吸附材料、多相催化剂和有毒金属离子吸附剂，开展了不同领域的应用性研究。论文主要包括以下内容：第一章对微孔材料的研究背景，MOPs的特点以及其在气体吸附、多相催化、分离提纯和光电等领域的应用情况进行了综述。在二至四章中对MOPs孔径调控、合成方法进行了研究。第二章描述了精确调控超交联聚合物（HCPs）孔尺寸和孔分布的方法，最终获得含有均匀微孔结构的HCPs。随着DVB含量从0%增加至10%，HCPs的微孔孔尺寸变小，孔分布范围变窄，微孔孔体积与总孔体积的比例从6.82%增加到61.90%。当DVB含量高于7%时，HCPs变为纯微孔聚合物。实验数据显示，更小的微孔孔尺寸和更高的微孔孔体积有助于提高H2，CO2的气体吸附量。此外，还对对二乙烯基苯（DVB）调控孔结构的机理进行了探讨。第三章和第四章提出了两种合成低成本、功能化MOPs的新方法。第三章提出了一种新的合成策略，即使用外交联剂编织刚性芳环结构单元获得编织微孔聚合物网络（KAPs）。通过廉价的外交联剂与普通低官能度的芳香化合物发生傅-克反应，简单一步法高效地合成了高比表面积的微孔聚合物。第四章的新方法基于Scholl反应，是以Lewis酸为催化剂的两个芳香化合物的偶联反应。这种廉价的方法能引入多样的官能团或功能性结构，适用于芳环、稠环或杂环化合物，最重要的是可以合成低成本的共轭的微孔聚合物。因此，这种方法可以灵活地实现MOPs的多功能化应用，例如，作为气体吸附材料，光电材料和半导体材料。最后在五至八章对MOPs在气体储存、催化和水处理等方面的应用进行了探讨。第五章研制了一种新型微孔聚合物纳米颗粒。首先通过乳液聚合法制备氯甲基苯乙烯-二乙烯基苯（VBC-DVB）前体纳米颗粒，再将前体纳米颗粒傅-克超交联，最终获得微孔聚合物纳米颗粒（MPNs）。调节前体制备过程中乳化剂用量可以调控纳米颗粒尺寸，其范围为36-131nm。MPNs的BET比表面积最高为1500m2/g，储氢量为1.59wt%。与先前报道的多分散微米尺寸的类似物相比，MPNs具有更高的微孔孔体积（0.56cm3/g），更高的氢气吸附量（1.59wt.%），更高的氢气吸附热和更快的吸附速率。第六章和第七章主要探索了MOPs在多相催化领域的应用。通过KAPs和Scholl偶联方法分别合成了含有三苯基膦官能团的两种微孔聚合物。这两种材料与PdCl2配位后，用于催化水相中芳氯的Suzuki-Miyaura偶联反应。这两种多相催化剂对于不同的芳氯、芳硼酸底物都具有很高的催化活性。而且，这两项工作说明了含有三苯基磷配体的微孔聚合物骨架能有效地分散Pd来提高催化活性，在相似的条件下催化活性高于均相催化剂。在最后一章中，探索了MOPs在水处理领域的应用。通过磺酸基改性合成了磺化超交联微孔聚合物，作为有毒金属离子的高容量吸附剂。表征结果表明改性树脂保留了它们的有机微孔结构和球形形态，成功引入磺酸基作为亲水基团和活性点。吸附实验表明磺化超交联微孔聚合物对金属离子具有很好的吸附能力，这是由于微孔孔结构和吸附活性点的协同效应。吸附动力学数据符合准二级动力学模型，在不同温度获得的吸附等温线符合Langmuir模型。另外，热力学参数，如，吸附过程的吉布斯自由能变(△G0)，焓变(△H0)，熵变(△S0)被计算得出，结果表明吸附过程是自发的吸热过程。而且，这些改性树脂能循环使用，吸附量仅少量下降，因此具有潜在的工业应用前景。