煤炭、石油及天然气等不可再生资源的过度开采利用致使能源危机成为人类当前需迫切解决的问题。核能作为一种清洁的新能源被世界各国广泛利用,但随之也产生了大量的核污染。核反应堆产生的核废料以及化石燃料燃烧产生的二氧化碳是亟待解决的两个环境问题。多年来,利用传统无机氧化物材料吸附和分离放射性核素以及二氧化碳的研究曾一度引起广泛关注。然而,氧化物吸附材料通常具有较慢的交换动力学速率和较差的选择性,这严重限制了它们的实际应用。鉴于传统氧化物材料在吸附领域所面临的缺陷和不足,本论文旨在通过构建以及利用金属硫属化合物框架材料作为吸附剂来解决上述问题。具体研究内容可分为以下三个方面:1.新型金属硫属化合物框架材料的构建及其结构与离子交换性能研究我们采用溶剂热法成功合成了五种晶态金属硫属化合物框架结构,其骨架结构式分别为[Cu8Ge6Se19]6-,[Cu8Sn6Se19]6-,[Cu16Ge12S36]8-,[Cu7Ge4Se13]3 和[Fe4In16S32.5]9-。前四种结构是由二十面体团簇作为次级结构单元通过M2Q6或者MQ4(M代表金属,Q代表S/Se)连接形成的具有pcu(primitive cubic unit)拓扑的三维框架结构。最后一种结构是由T4-FeInS超四面体团簇通过一种新颖的连接方式形成的不穿插的三维框架结构。该结构的孔隙率高达70.5%,大于目前报道的所有基于超四面体T4团簇形成的框架结构。有趣且重要的是,这种开放骨架结构能进行放射性核素Cs+交换,交换量最高能达到87.2%。2.经典硫化物框架材料用于高选择性和快速吸附放射性核素铯离子的性能研究经典的金属硫属化合物框架材料RWY因其独特的富硫表面、高孔隙率、孔道内可交换阳离子以及好的热稳定性和水热稳定性等诸多优点,而被选为离子交换材料来研究对放射性核素的吸附去除。采用“逐步离子交换”策略将孔道内较大尺寸的有机胺分子交换为“硬”的碱金属钾离子,成功地获得K@RWY材料。与未交换的RWY相比,K@RWY材料对放射性核素铯离子的去除能力得到极大提升,与迄今为止已报道的性能最好的金属硫化物吸附剂媲美。此外,在竞争性离子存在下的离子交换实验证实了材料对铯离子的高选择性,在实际水样中亦观察到优异的吸附去除性能。3.经典硫化物框架材料用于高性能吸附二氧化碳气体的性能研究前述工作证实,通过调节主客体间的相互作用,经典的RWY型金属硫属化合物框架材料可实现高效离子交换。在此工作基础上,我们进一步研究了经过逐级阳离子交换后的硫化物框架材料(M@RWY,M代表金属)对C02的选择性吸附性能。研究结果表明,经过CsCl、RbCl和KCl连续交换得到的样品Cs@RWY、Rb@RWY和K@RWY均表现出优异的C02吸附性能。特别是K@RWY材料,在273 K和1 atm下,其最大吸附量高达6.3 mmol/g(141 cm3/g),且吸附焓为35.0-41.1 kJ/mol。K@RWY材料具有非常高的CO2/N2吸附选择性。此外,K@RWY材料在对CO2吸附的重复性、稳定性(抗水汽)等方面亦表现出优异性能。该论文的研究结果将对金属硫属化合物框架材料的构建、放射性核素铯离子的去除以及CO2气体的选择性吸附等相关研究提供新的研究思路和基础理论指导。