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超交联多孔聚合物(Hyper cross-linked porous polymers，HCPs)材料，作为一种新型的有机多孔聚合物材料，经过十几年的发展已经有了很大的进展。随着傅克烷基化反应在超交联多孔聚合物合成上的应用，大大拓宽了这类多孔聚合物单体的选择空间，降低了合成的难度和成本。因其优异的性质，HCPs材料在气体的分离捕集、污染物吸附、催化反应等领域均表现出了极大的潜力。迄今为止，几乎所有的HCPs材料都是完全基于芳香族化合物的骨架结构，稳定却难以降解;另一方面，傅克烷基化反应使得得到的孔材料的结构不规整，孔径分布范围也比较随机。 不可忽视的是，可选择的单体多，虽然拓宽了可得到的HCPs的种类，却也为最初合理的分子设计提出了更高的要求。一般而言，无论是材料结构的形成还是材料功能的实现，归根结底，都依赖于整个体系中多种非共价键作用的协同作用。因此，对非共价键作用、及其相互影响规律的深刻认识，将使有目的的合成不同孔道大小、形状和功能的聚合物结构成为可能。因为聚合物体系中多以芳香环为主体，所以含π电子的作用，如π-π堆积作用、离子-π、孤对电子-π等，已受到了极大的关注，得到了深入的研究。随着近几年卤键在众多化学相关领域的成功应用，卤键在材料设计中的重要性日益凸显。然而，相应的有关卤键及其与其它非共价键作用之间相互影响的理论研究却仍然有限。 本文将绿色、可降解的糖类作为聚合物单体的基本单元，设计并合成了一系列基于糖类的HCPs，探讨了其在吸附、催化等领域的应用;通过调节单体结构的腔体大小，探索了超交联中的孔径调节的方法。考虑到非共价键作用在材料设计的重要性，采用量子化学计算的方法，从理论的角度研究了卤键与多种含π电子的作用之间的相互影响特点，并提出了以π作用调节卤键强度的一般规律。论文分为七章: 第一章:以CO2吸附分离为切入点，综述了多孔材料的发展，重点介绍了HCPs材料的发展现状，HCPs材料的整体特点，其基本结构、合成方法导致的材料本身的优缺点。从材料设计的层面上，以非共价键作用为重点，介绍了新非共价键作用，并着重论述了有关多种非共价键作用共存时的相互影响国内外的研究概况。 第二章:利用傅克烷基化反应合成出了一类新型的、以绿色可再生的单糖为原料的HCPs材料，并应用于CO2的吸附。通过实验和理论计算的方法，研究了不同的单糖骨架、羟基功能化程度以及其他因素对单糖多孔材料的CO2吸附能力的影响。对这些结构-功能关系的探究将为设计更好的CO2吸附分离材料提供一定的依据。 第三章:以含空腔的环状多糖——β-环糊精作为聚合物单体的基本单元，将其苄基化后，利用傅克烷基化反应使之交联，得到一种新的HCPs材料。这种基于β-环糊精的超交联多孔聚合物材料(BnCD-HCP)具有极高的比表面积、大的孔体积和极高的热稳定性，可作为水中芳香化合物的高效吸附剂。通过负载金纳米颗粒，BnCD-HCP材料作为一种以吸附促进催化反应的分子催化剂载体，可以用于水中芳香化合物的快速、常温的催化转化。 第四章:选择不同空腔大小的环状多糖——α-环糊精和β-环糊精作为聚合物单体的基本单元，以傅克烷基化反应合成得到HCPs材料。通过单体空腔大小的细微变化实现了对超交联过程中所产生的微孔的比例的微妙控制，并通过不同程度的羟基功能化，提高对CO2气体的识别能力。这是以环状带腔体的单体来控制超交联多孔聚合物材料孔径分布的一次有益的尝试。 第五章:以离子液体体系为例，用量子化学计算的方法，探讨了利用卤键作用提高CO2气体吸收效率的可能性。用密度泛函方法计算了卤代离子对和CO2分子间的卤键作用，并以极化连续介质模型探讨了溶剂效应对二者之间产生的卤键的影响。证明了二者间存在着卤键作用，这也为设计新型的物理吸收/吸附型的CO2吸收/吸附剂，和有一定的指导作用。 第六章:考虑到由卤键和芳香体系堆积作用的共同控制下形成的晶体结构的普遍性，采用MP2水平上的从头算方法研究了卤键与π-π堆积共存于一个体系时，二者之间的相互影响。通过研究复合物的结构、能量、电荷转移分析了体系中的两种非共价键作用，并采用分子中的原子理论方法(the theory of atoms in molecules，AIM)，通过键关键点与笼关键点(bond and cage critical points)上电子密度的变化去表征非共价键作用的强弱变化。最后，用两种作用之间的电荷转移方向，解释了卤键与π-π堆积作用之间可能产生的不同性质的相互影响，并可以以此作为初步判断二者间相互影响的依据。 第七章:采用了从头算的MP2和密度泛函M06-2X的方法，研究了卤键、π-π堆积作用、阳离子-π或孤对电子-π等三种非共价键作用共存于一个复合物中时，彼此之间产生的不同的相互影响。通过细致的讨论复合物的结构、能量、静电势以及AIM分析了这种相互影响的存在及其特点，发现芳香作用（阳离子-π、孤对电子-π）的引入将会更大程度上影响卤键的强弱，这为通过芳香作用来有效调节卤键强弱提供了可能性。在此基础上，提出了通过芳香作用调节卤键强弱的一般性规则。