天然气是一种优质的能源，具有热值大，运输使用方便，燃烧完全，无烟无渣，价格较为便宜等优点。因此，广泛应用于交通、冶金、电力、轻工等行业的内燃机、汽车、炼钢、热处理、印染、纺织等诸多方面，同时大量供给居民作为生活燃料。但是，天然气是烃和多种杂质气体的混合物，其中包括硫化氢、CO₂等酸性气体，还有氮、氦、水等，不但影响天然气热值还腐蚀运输管道，需要分离和提纯后才能应用。因此，如何有效地分离天然气受到了当前科学研究的广泛关注。沸石咪唑酯骨架（Zeolitic Imidazolate Frameworks, ZIFs）材料是金属有机骨架（Metal Organic Frameworks, MOFs）材料的一种。ZIFs材料不仅具有一般MOFs的高比表面积以及孔道可调性等特性，而且有着更好的化学稳定性及热稳定性，特别是其能在水中稳定存在。这使得ZIFs材料在实际的天然气存储和分离领域呈现出巨大的应用前景。分子模拟作为一种重要的研究手段，已经广泛地用于研究气体分子在多孔材料中的吸附及扩散行为。它能够在分子水平上研究实验难以探测到的物理化学性质，更深入地解释实验结果。当前，文献报道的分子模拟研究大多是关于气体分子在ZIFs材料中的吸附行为，而对于相关扩散行为的研究还很匮乏。因此，本论文采用分子模拟技术研究CH₄、CO₂及其混合气体在ZIF-8中的扩散行为，为制备出高效分离天然气的ZIFs材料起着指导作用。本论文主要研究内容如下：1，一方面，我们采用GCMC （Grand Canonical Monte Carlo）模拟方法计算了：在温度298K以及压力分别为1,5,10,15bar条件下，单组分CO₂气体在柔性的ZIF-8材料中的吸附行为。通过对比，我们发现模拟结果与相关实验结果有着很好地吻合。同时，计算得到的密度分布图表明CO₂气体分子倾向于吸附在ZIF-8材料中SOD笼的六元环两侧以及四元环上方。随后，我们通过MD （MolecularDynamics）模拟方法计算得到了：在不同压力条件下，单组分CO₂气体在ZIF-8材料中的扩散行为。基于CO₂分子的平均位移随时间的演变规律，我们发现CO₂分子在材料中呈现出明显的两阶段扩散行为：笼中自由扩散和笼间亚扩散。更为重要地，我们通过构建合理时间相关函数，第一次模拟计算得到CO₂分子在ZIF-8的SOD笼中的平均停留时间能达到几十个皮秒。2，另一方面，我们进一步采用MD模拟方法研究了CO₂/CH₄混合气体在ZIF-8材料中扩散行为随着负载量的变化规律。为了更好对比混合物的结果，我们也计算了相同条件下单组分CO₂和CH₄气体分子在ZIF-8中的扩散行为。模拟结果表明：无论是在单组分还是混合物中CO₂的扩散速率均要高于CH₄的扩散速率。同时，我们发现混合物中CO₂的扩散速率随负载量的变化呈现出与纯组分相似的趋势，而混合物中CH₄的扩散行为却与纯组分中的结果相差很大。这预示着CO₂分子主导着CO₂/CH₄混合气体在ZIF-8材料中扩散行为。基于不同气体组分在ZIF-8中的密度分布图，我们发现是由于ZIF-8材料的六元环窗口附近对混合物中CO₂分子有着明显的选择吸附行为，阻碍了CH₄分子在笼间的有效扩散。我们的模拟结果在分子水平上揭示了CH₄、CO₂及其混合气体在ZIF-8材料中扩散行为，为进一步合成高性能的ZIFs材料提供了一定的理论指导。