本文以小分子碳氢化合物的吸附分离和CO₂的高效转化为潜在应用背景,主要研究新型MOFs材料或POP材料对小分子碳氢化合物的吸附分离性能以及对CO₂环加成反应的高效催化。主要涉及几种MOFs材料的合成及其对小分子碳氢化合物的吸附分离性能以及高金属密度MMPF材料对CO₂与氮杂环氧丙烷的环加成反应的高效催化。本论文的研究内容属于化学工程和材料工程相互交叉的研究领域,具有重要的科学研究价值和实际意义。本文合成了新型的Ni（BDC）_1-x（TMBDC）_x（DABCO）_0.5（x=0,0.2,0.45,0.71,1）系列材料并研究其增强的C₂H₆/C₂H₄的吸附分离性能。以Ni（BDC）（DABCO）_0.5为母体材料,通过混合配体的方法,引入带有四甲基的TMBDC配体,合成了Ni（BDC）_1-x（TMBDC）_x（DABCO）_0.5（x=0,0.2,0.45,0.71,1）系列材料。其中,Ni（TMBDC）（DABCO）_0.5对C₂H₆和C₂H₄的吸附量分别达到了5.45 mmol/g和5.02 mmol/g,对C₂H₆/C₂H₄的IAST选择性达到了1.945（298 K,1 bar）,并且具有优良的水汽稳定性。本文研究了超微孔材料Ni（TMBDC）（DABCO）_0.5对C1/C2/C3的分离性能。在超低压区,该材料对C₂H₆和C₃H₈的的吸附量分别达到了2.93 mmol/g（10 kPa）和3.37 mmol/g（5 kPa）,C2/C1和C3/C1的IAST选择性分别达到了29和274,高于当前文献报道的最高水平。分子模拟揭示,C₂H₆和C₃H₈两种分子主要吸附分布在甲基和亚甲基的周围,揭示了Ni（TMBDC）（DABCO）_0.5孔道内含有大量甲基和亚甲基基团是导致材料对C₂H₆和C₃H₈高吸附容量和高选择性的主要原因。本文提出了常温合成MIL-100（Fe）的新方法,以铁粉为金属源,采用苯醌作为促进剂,在常温下成功地合成得到RT-MIL-100（Fe）材料,并提出了氧化性自由基能促进MIL-100（Fe）在常温下的合成的机理。RT-MIL-100（Fe）在298 K,1 bar下,对C₂H₆和C₃H₈的吸附量分别达到了2.22 mmol/g和6.77 mmol/g,可用固定床在常温下将CH₄、C₂H₆和C₃H₈三元混合气完全分离。本文采用“Click反应”合成了新型的具有三氮唑环结构的多孔有机聚合物,CPOP,并研究了其对CH₄/C₂H₆/C₃H₈的分离性能。CPOP材料的BET比表面积达到了1038 m²/g,并具有优异的酸碱稳定性和循环再生性能,对CH₄/C₂H₆/C₃H₈混合气体具有良好的分离效果。结合DFT计算,证明了CH₄、C₂H₆和C₃H₈三种分子在CPOP内主要吸附在三氮唑环的周围,与N原子能形成微弱的作用力。本文合成了一种新型的金属-金属卟啉有机骨架材料,MMPF-10,并研究了其对CO₂与氮杂环氧丙烷的环加成反应的催化性能。MMPF-10具有fmj拓扑结构,并且孔道内有高密度的不饱和金属Cu位点。作为非均相催化剂,MMPF-10对CO₂与氮杂环氧丙烷的环加成反应具有高效的催化活性,在100°C,2 MPa CO₂压力下,3-甲基-5-苯基恶唑烷酮的产率超过99%。