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金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks，MOFs)是一类由金属离子与有机配体分子，通过配位键自组装而成的新型多孔晶体材料。由于其具有高度有序的多孔结构、可调的表面功能及结构多样性，使得它们广泛应用于传感和吸附分离领域。为了实现特异性识别和高效吸附分离，传感器和吸附载体不仅需要合适的孔道尺寸，还应具有识别位点和活性吸附位点。本论文向MOFs中引入有机配体作为活性位点并使用造孔剂向骨架中引入了3.4nm的介孔，通过与客体分子发生主客体作用，研究了MOFs作为探针和吸附剂在重金属离子检测及吸附分离高毒性金属离子、小分子和生物大分子方面的应用。主要研究内容与创新点概括如下: (1)开发了一种新型的金属有机骨架RuUiO-67化学探针，将其用于Hg2+的比色检测。RuUiO-67中的Ru复合物被设计为Hg2+的识别位点和信号单元。加入Hg2+后，探针的颜色逐渐由紫红色变为黄色，能够通过裸眼直接观察，并且利用紫外可见吸收光谱确定其对Hg2+的检测极限低至0.5μM。即使在高浓度的干扰离子存在情况下，该探针仍然对Hg2+表现出高的选择性。此外，通过简单的处理使得该探针具有可再生性。 (2)以MIL-100(Fe)为前驱体通过一步法原位碳热还原制备多孔碳铁复合物(nZVI@C)，应用于Cr6+的有效移除。碳化过程，MIL-100(Fe)中的有机配体转变成多孔碳，高温下，多孔碳的强还原性将骨架中的Fe-O金属团簇被原位还原成nZVIs。因此，得到的nZVIs均匀地分布在多孔碳基质中，并且具有高的负载量和可调控的磁性颗粒尺寸。最终，nZVIs作为还原位活性位点将高毒性的Cr6+降解为低毒性的Cr3+，而Cr3+以(CrxFe1-x)(OH)3形式沉淀为在多孔复合物中。在最优条件下，nZVI@C对Cr6+的吸附量高达206mg g-1。此外，其优秀的磁性能使得其可以通过简单地磁分离对铬离子进行移除。 (3)合成了拥有不同羟基数量的UiO-66MOFs(UiO-66，UiO-66-OH和UiO-66-(OH)2)，并将其用于废水Cr6+的吸附分离。UiO-66-(OH)2能够有效地降解和移除Cr6+，有机配体中丰富的羟基基团不仅作为还原位点将高毒性Cr6+降解为Cr3+，而且能够充当活性吸附位点有效捕获Cr3+离子。在模拟工业废水中，UiO-66-(OH)2可使废水中5ppm Cr6+降至48ppb，远低于美国环境保护署(EPA)建立的饮用水中的总Cr含量的标准。这种对Cr6+具有优秀的吸附性能，结合优良的化学稳定性以及多孔性，预示了当前吸附剂用于对实际工业废水中Cr6+的净化具有重大意义。 (4)成功地将具有吡啶吸附位点的MOFs吸附剂用于碘的吸附移除，与传统的方法相比，我们通过水热的方法合成UiO-66-PYDC MOFs，由于其具有较好的化学和热稳定性，赋予了其在恶劣环境下仍保持着优良的吸附性能。吸附剂中吡啶分子充当活性位点捕获碘分子。吸附过程中优化了如反应时间，吸附质的浓度等许多相关重要的参数。同时，目标物质碘与吸附剂之间的吸附机理也进行了详细的研究。对于当前的吸附材料来说，准二级动力学速率方程用来解释碘的吸附动力学。相比Freundlich模型，Langmuir模型能够更好的解释碘吸附的吸附等温线。此外，由于吡啶分子对碘分子具有强的亲和性，UiO-66-PYDC对碘的最大吸附可以达到1250mg g-1，远高于目前报道过的吸附容量。 (5)开发了一种单羧酸和有机碱作为共同调节剂的合成策略，合成了一种具有介孔孔结构的纳米颗粒(meso-UiO-66)。十二酸(DA)作为造孔剂调节MOFs骨架中的孔径，而三乙胺(TEA)用来调节晶体成核速率，从而对纳米颗粒尺寸和形貌进行调控。通过引入不同量的三乙胺获得分散性良好和尺寸可调的纳米颗粒。与此同时，在引入DA时，产生了平均孔径为3.4nm蠕虫状的孔。与微孔UiO-66相比，细胞色素c(Cyt c)作为一种模型蛋白可以有效地装载到介孔MOFs孔道中，并对其释放行为进行了详细的研究。同时对与纳米颗粒尺寸相关的细胞吞噬效果进行了评估，并证实尺寸为90nmmeso-UiO-66对细胞具有最大的吞噬效率。这一优秀的性质使得当前的纳米颗粒不仅能够有效地装载Cyt c，而且还有助于将膜不可透过的蛋白质输送到细胞中并随后从内含体逃逸出释放到细胞质中。考虑到优秀的化学稳定性、多级孔结构以及可调控纳米粒子的尺寸，meso-UiO-66纳米颗粒为一些生物大分子的生物医学应用提供了一个有前景的平台。