近年来,由有机-无机杂化生成的金属-有机骨架(metal-organic framework, MOF)纳米多孔材料,因为结构的可设计性,孔径的可调节性以及高的比表面积和孔隙率等诸多优点,使得其在气体存储、吸附分离、催化、药物控释以及光学磁性等各个方面都受到了广泛的关注。然而,从理论上讲MOF材料的种类应该是无数的,并且到目前为止已经报道的MOF材料也已经有成千上万种,再加之MOF材料结构多样且复杂。纯粹使用实验的方法对MOF材料进行研究,将会大大的阻碍MOF材料的发展和应用。因此,将计算化学引入到MOF材料的研究中来就显得十分必要。计算化学能够快速的进行材料筛选,分析MOF材料的结构-性能关系,并且能够从微观上揭示内部机理。这样既节省了大量的时间,同时也避免了大量资源的浪费。将实验与计算有效地结合必定能够大大的提高MOF材料的研究效率,加速MOF材料的工业应用步伐。MOF材料想要得到广泛应用,必须具备良好的稳定性,这才能保证在实际应用过程中材料骨架不会坍塌,性能不被破坏。然而这对于具有大比表面积多孔洞的MOF材料来说还是比较困难,因此稳定的MOF材料的设计、合成及性能研究就显得十分必要。在本工作中,我们采用实验与计算相结合的方法,围绕稳定的MOF材料进行了一系列研究,主要工作如下：1、以稳定的UiO-66系列改性材料为例,通过实验与计算相结合的手段,针对温度和官能团对CO2在不同分离体系中的吸附分离性能的协同影响进行了系统研究。通过对CO2纯组分吸附、CO2双组份分离、变温分离条件下工作容量和总分离系数方面的研究,表明官能团的引入能提高CO2与材料之间的作用力,但同时降低了材料的自由体积。因此,需要协同考虑温度和官能团的协同影响,根据实际操作条件进行材料选择与设计。2、设计、合成了以具有荧光性质的2,6-二羧基萘为配体,Zr4+为金属源的新型稳定的荧光Zr-NDC材料。通过理论计算的手段,揭示了Zr-NDC材料荧光性质强于自由配体的内部机理。该材料比现有的荧光MOF材料表现出更好的化学稳定性,特别是良好的热稳定性,本材料在500℃左右才开始分解。实验结果表明,该材料对小分子溶剂具有较强的荧光识别能力。同时经多次循环使用后,并未影响材料对小分子溶剂的荧光感应能力。3、在前面设计、合成的Zr-NDC材料基础上,首先,通过分子模拟的手段预测了在Zr-NDC有机配体上植入不同官能团后对于CO2体系吸附分离性能的影响。模拟结果表明,在Zr-NDC材料中引入-2NO2,-2NH2和-2S03H双官能团后,对于CO2的吸附分离性能有了很大的提高。进一步,本工作成功地合成了其中的两种改性材料Zr-NDC-2NO2和Zr-NDC-2SO3H,其中Zr-NDC-2SO3H材料对于C02/N2体系展现了良好的分离选择性。4、通过原位合成的方法,成功的合成了一系列UiO-66/GO复合材料：UiO-66-5%-GO, UiO-66-10%-GO和UiO-66-15%-GO。氧化石墨烯的引入使得材料的比表面积有不同程度的降低,但对于CO：的吸附能力却有不同程度的提高。同时,对于不同CO2分离体系(CO2/CH4、CO2/N2和CO2/CO)的分离选择性,均有所提高。5、设计、合成了一系列具有不同官能团的层柱状结构材料,ZnobbTED; ZncbbTED和ZnhfbbTED。本系列材料是以经典的双金属锌浆轮为SBU,以三乙烯二胺为次级配体的“层柱状”结构材料。通过分子模拟的方法,系统地研究了本系列材料对于CO2体系的吸附分离性能。结果表明,ZnobbTED材料在低压区域,无论是CO2/CH4体系还是C02/N2体系,对于CO：的吸附分离选择性都比较高,具有潜在的应用价值。