多级孔金属-有机骨架化合物（hierarchically porous metal-organic frameworks,多级孔MOFs）是一种新型多孔功能材料。它有机地结合了MOFs与多级孔材料各自的优点,如高的比表面积、贯通的多级孔道结构、丰富的不饱和金属位点及多种多样的拓扑结构等,特别是多级孔的引入能有效地改善了传统微孔材料的传质性能、极大地拓宽了其在复杂气体的吸附分离、大分子气体的传递与输送等方面的应用性。因而在气体储存、吸附分离、药物传输、传感以及催化等领域具有广阔的应用前景。要实现多级孔MOFs材料大规模商业化应用,首要的问题是要解决材料的规模制备及能效问题。然而当前多级孔MOFs材料的制备存在以下几个方面的瓶颈:1)现有的制备方法还处于起步阶段,制备过程尚处于“黑匣子”状态,机理不明确,材料的性能、稳定性及孔结构调控难以保证。2)介孔结构导向剂种类有限,并且制备过程复杂,极大地限制了可制备成多级孔结构的MOFs种类。3)多级孔MOFs的合成条件苛刻,通常要求在高温、高压条件下实现。4)多级孔MOFs的结晶时间长,通常需要十几个小时甚至更长的时间。而长时间维持高温高压的反应环境不仅需要消耗大量的能量,而且还会降低材料的生产速率。鉴于此,本论文在综述现有多级孔MOFs材料制备方法的基础上,探索出了操作简单、合成条件温和及生产速率高的多级孔MOFs的常温快速制备方法,并对合成机制及所制材料的吸附性能进行了研究。本文采用一系列中性有机小分子和双亲性季铵盐作为软模板剂,在水热条件下成功制备了多级孔Cu-BTC材料,并通过控制软模板剂用量实现了多级孔Cu-BTC的孔结构在一定范围内的调控。这些新型介孔结构导向剂的发现与合成大大扩展了软模板法制备多级孔MOFs时可选用的模板剂种类,特别证明了中性有机小分子,与目前常用的长链多季铵型双功能模板剂具有类似的介孔导向功能,且更为廉价易得,为多级孔MOFs材料的制备提供了一种全新策略。本文采用对苯醌作为功能化助剂降低MOFs结晶过程中的能垒,同时引入对苯二甲酸作为混合配体产生缺陷结构,在常温下制备了同时兼具微孔、介孔和大孔结构的多级孔MIL-100（Fe）材料。研究表明对苯醌和对苯二甲酸在多级孔MIL-100（Fe）合成过程中产生了协同作用。常温制得的多级孔MIL-100（Fe）材料对甲苯和对二甲苯的饱和吸附容量分别为523.3 mg·g^-1和560.2 mg·g^-1。本工作为多级孔MOFs材料的低能耗制备提供了一种常温合成策略。本文采用氧化锌和金属离子反应生成双金属盐中间体来加速MOFs结晶,同时引入软模板剂作为介孔结构导向剂,在常温下反应30分钟制备了多级孔Cu-BTC和ZIF-8材料。所合成的多级孔Cu-BTC材料的空-时产率（STYs）高达2366 kg·m^-3·d^-1,这是目前所报道的多级孔Cu-BTC材料的最高STYs。常温制得的多级孔Cu-BTC材料对铀（VI）的最大吸附容量为839.7 mg/g。这为多级孔MOFs材料在核素吸附分离领域的应用提供了新的可能。本文采用阳离子型表面活性剂四丁基氢氧化铵作为去质子化剂和介孔结构导向剂,在常温常压下反应8分钟制备了多级孔ZIF-67材料,极大地降低了多级孔MOFs材料制备过程中所需要的能耗。所获得的多级孔ZIF-67具有高的总孔孔容(V_t=1.46 cm³·g^-1)和介孔孔容(V_meso=0.9 cm³·g^-1)、良好的热稳定性、溶剂稳定性以及碱稳定性。理论计算结果表明多级孔ZIF-67产物中配体缺失缺陷和孔道堵塞缺陷分别占56.7%和29.1%。快速制得的多级孔ZIF-67材料对甲苯的饱和吸附容量为296.7 mg·g^-1,比微孔ZIF-67提高了12.7%。本文采用一系列中性有机胺作为双功能模板剂,在常温下超快速（1分钟）制备了3种结构稳定的多级孔MOFs（ZIF-8、ZIF-61和ZIF-90）材料。合成体系中有机胺的加入不仅使得有机配体迅速去质子化,而且还能作为软模板剂指导介孔和大孔的形成。所获得的多级孔ZIF-8产物的最高空-时产率（STYs）为1.29×10⁴ kg·m^-3·d^-1,这是目前对多级孔MOFs材料STYs最高的报道。常温快速制得的多级孔ZIF-8对CO₂和CH₄的吸附容量分别为9.0 mmol/g和4.1 mmol/g。这种温和、快速、普适的合成路线不仅降低了多级孔MOFs材料制备过程中的能耗,而且还大幅度提高了材料的生产速率,可望为多级孔MOFs的大规模工业化制备提供理论指导和可供借鉴的制备过程参数。