煤、石油等传统化石燃料燃烧产生大量的二氧化碳气体使得全球温度升高,如何吸收二氧化碳成为一个问题。同时由于传统能源的消耗和价格的不断提高,寻求可以替代传统能源的新型无污染、清洁、高效的可替代能源成为当前急需解决的问题之一。甲烷由于具有储量大、氢碳比高及充分燃烧产物仅产生少量CO2等特点,成为未来最有前景的能源气体之一,受到人们越来越多的关注。而制约甲烷实际应用的最大问题在于安全、有效的储存和运输。多孔材料由于具有比表面积大、密度小的优点成为吸附甲烷、二氧化碳等气体的完美吸附剂。最近一类新的多孔材料共价有机框架被设计和合成出来。COF是由轻元素C、N、O、B、Si等元素,完全由有机连接单元连接而成,通过强的共价键C-N、C-B、C-Si、B-O等形成的结晶多孔材料。COF由于具有比表面积大、密度小、孔径可调控、热稳定性高等优点,在气体的储存、分离、催化等方面具有潜在应用。实验上已经合成许多COF材料并表征气体的吸附性能,但由于材料的多样性和孔道结构的复杂性,单纯用实验手段很难对其进行系统的研究。随着分子模拟技术的发展,我们可以使用分子模拟技术来解释实验问题、预测COF结构及其性质。本文通过分子模拟技术设计了两类COF材料,并使用蒙特卡洛模拟方法模拟甲烷的吸附性能。主要内容如下:简要介绍共价有机框架及其结构设计、吸附性能、研究现状,并阐述了本论文的研究依据及研究内容;简要介绍计算模拟方法包括量子力学方法、分子力学方法、蒙特卡洛方法、量子力学-分子力学结合方法及其所用软件;为了拓宽COF的种类,由具有不同对称性的有机连接单元通过C-O、N-N、B-N共价键设计形成的一系列新的COF材料。采用分子模拟方法,模拟每个COF材料对应的比表面积、自由体积、孔隙率及甲烷吸附性能等性质,并揭示了结构与性质间的关系;为了提高甲烷吸附性能,基于COF-102结构,设计了两类新的3D-COF材料。基于COF-102的拓扑结构,通过增加杂原子氮、炔基的方法设计了一系列新的COF材料。并采用蒙特卡洛方法模拟了甲烷分子与新设计的3D-COF在温度298K压强1-60bar下的吸附性能。