C O2是温室气体的重要组成部分，我国CO2排放量大部分都来源于煤的燃烧。采用吸附剂从电厂烟气中捕获CO2，从而抑制大气中CO2含量增加，被认为是最为有效的CO2减排方式之一。近年来，多种新型的多孔材料被应用于燃烧后烟气CO2捕获研究。其中，金属有机骨架（Metal Organic Frameworks,简称MOFs）纳米多孔材料结构多样，表面特性可根据实际需要进行调控，且具有极为优异的CO2吸附及分离性能，被认为是极具潜力的下一代CO2捕获材料。　　目前，MOFs捕获CO2主要存在以下问题：不同类型MOFs吸附CO2的机理还不清楚，不利于筛选满足捕获要求的MOFs材料；烟气杂质气体在MOFs吸附及分离CO2过程中的影响及其机理并不清楚，不利于考量MOFs材料在实际工况下的应用潜力。本文采用实验和模拟相结合的方法，探索性地研究了MOFs材料的结构与其吸附CO2性能间的关系，揭示了CO2在MOFs材料中的吸附机理，提出了通过改性增强其CO2吸附性能的方法，建立了一种快速删选具有强吸附位MOFs材料对CO2吸附能力的模型，揭示了烟气杂质气体对CO2吸附分离的影响机制，为MOFs材料在燃烧后CO2捕获领域的应用提供指导，具有重要的科学意义和实用价值。　　针对CO2低压捕获的特点，系统研究了有机链上不同官能团类型对MOFs吸附CO2的影响和改性方法。合成、表征了具有代表性的IRMOF-1晶体，采用实验方法得到其CO2吸附等温线，并采用Langmuir模型进行拟合。在298K及1bar条件下，IRMOF-1材料CO2吸附量为2.1mmol/g。采用密度泛函理论研究了CO2分子在IRMOF-1有机链上的吸附机理，发现两者间相互作用力主要为范德华力。采用-NH2、-NO2及-CH3等对有机链进行改性，发现CO2吸附能得到明显提高。在有机链上负载金属原子（Li）后，CO2吸附能则达到-24.8kJ/mol。因此MOFs材料内负载金属原子或其它强极性官能团是提高低压CO2吸附能力的有效途径。　　考虑到材料水稳定性在实际应用中非常重要，考察了具有水稳定性的沸石咪唑酯骨架（ZIFs）对CO2的吸附机理和扩散行为。实验合成了具有柱状晶须外形的ZIF-68晶体。采用一维气体扩散模型计算得到298-328K下CO2扩散系数为1.1-1.6×10-7cm2/s，活化能为8.9kJ/mol。采用实验方法得到ZIF-68材料的CO2吸附等温线。在298K及1bar条件下，ZIF-68材料CO2吸附量为1.68mmol/g。采用巨正则蒙特卡洛方法模拟得到的CO2吸附等温线与实验数据极为吻合，并根据模拟结果发现一个未经报道的CO2吸附位。采用DFT方法研究了CO2在ZIF-68、ZIF-69及ZIF-78材料有机链上的吸附机理，发现极性官能团化学改性方法可以有效提高CO2的吸附强度。　　为进一步探索具有强极性官能团的MOFs材料在CO2吸附领域的应用，考察了具有裸露金属位的MOFs材料CO2吸附性能和影响因素。采用实验方法研究了M/DOBDC（M=Mg和Co）材料的CO2吸附行为，并与同样具有裸露金属位的zeolite Alpha进行了对比。在298K及1bar条件下，Mg/DOBDC材料CO2吸附量为8.7mmol/g，为同条件下CO2吸附量最高的多孔材料。其中，采用Mg2+置换过的zeolite Alpha材料CO2吸附性能最低，但依然高于前述IRMOF-1及ZIF-68材料。由此可见，裸露金属位对提高多孔材料低压CO2吸附性能有显著促进作用。比较四种具有裸露金属位的多孔材料的CO2吸附行为，发现该类材料的CO2吸附性能主要受以下因素影响：材料密度、骨架类型、裸露金属位类型和数量。　　在前述实验和理论研究基础上，提出了强吸附位摩尔浓度概念，用以快速预测具有强吸附位MOFs材料对CO2吸附能力。强吸附位摩尔浓度仅由目标晶体材料单元晶胞原子质量和单元晶胞内的强吸附位个数两个参数计算得到。强吸附位摩尔浓度与实验测得298K及1bar条件下CO2吸附量存在一一对应关系，可以作为吸附能力预测的重要指标。该概念的提出有利于快速筛选和设计具有高CO2吸附能力的MOFs材料。　　最后，为考察MOFs材料在复杂工况下的应用能力，本文采用巨正则蒙特卡洛方法研究了H2O、O2、SO2及NOx存在对ZIF-68材料CO2吸附及CO2/N2分离的影响，并采用密度泛函理论方法对其影响机理进行剖析。研究发现，H2O和SO2通过两种不同途径影响CO2在ZIF-68中的吸附：其一为抑制作用，由H2O或SO2与CO2在吸附位上的竞争吸附造成；其二为促进作用，由已吸附H2O或SO2分子形成的新CO2吸附位造成。然而对H2O和SO2来讲，抑制作用均强于促进作用。O2的存在对CO2吸附和CO2/N2分离的影响可忽略不计。