网易11月4日讯：2024年10月30日，林化所蒋剑春院士、南京林业大学葛省波副教授等在《Chemical Society Reviews》上以“ A comprehensive review of covalent organic frameworks (COFs) and their derivatives in environmental pollution control ”为题发表综述论文。南京林业大学为第一完成单位，葛省波副教授为第一作者，研究生魏可心为共同第一作者，蒋剑春院士为通讯作者，河南农大彭万喜教授、南林黄润州教授、英国诺森比亚大学Ben Bin Xu讲席教授为共同通讯作者。该成果得到了中国工程院战略研究与咨询项目、国家自然科学基金、中国科协青年人才托举工程等资助。

摘 要

共价有机框架（COFs）因其作为分子有机构件的设计可能性而备受关注，可在原子精确的空间排列中堆叠。自2005年COFs问世以来，COFs及其衍生物的产品范围不断扩大，推动了该领域向大规模制备COFs及其衍生物的方向发展。本文对COFs及其衍生物的空间结构和合成技术进行全面分析和比较，讨论了传统的COFs合成方法，如超声化学法、微波法和溶剂热法等，以及新型COFs及其衍生物的合成策略。此外，本文还展示了COFs及其衍生材料在空气、水和土壤污染管理中的应用，如气体捕获、催化转化、吸附和污染物去除等。最后，本文重点介绍了新型COFs及其衍生材料在大规模制备和应用方面面临的挑战和前景，结合联合国可持续发展目标（SDG）和数字化技术（AI、ML）的需求，展望了COFs在环境污染控制领域的未来技术发展趋势。

全文总结

在过去二十年中，COFs的研究主要集中在结构设计、创新合成、表面改性和功能化等方面，以便将功能基团连接到活性位点。COFs已被证实能够有效捕获空气中的有害气体、水中的金属离子和染料，以及土壤中的有机污染物和重金属。它们作为催化剂可以促进气态污染物的氧化还原反应，降低其毒性，还可以用作滤膜，疏水骨架结构和可调孔径为分子筛提供了可选通道，可以选择性地过滤水或空气中的有害物质，便于集中处理。此外，COFs也可作为检测仪器，监测空气和土壤中的污染物，这使得COFs的结构-性能关系引起了广泛关注。通过在COFs的骨架中引入活性基团或金属原子，能够增强其对特定金属离子（如铀和汞）或气态污染物（如二氧化硫）的吸附能力。

作者预期未来将出现几个关键的发展：（i）通过合理设计COFs的孔结构，尤其是在骨架内引入高密度活性位点，可以有效提升其功能。结合微孔和中孔的分级结构有助于增加活性位点的可及性，介孔COFs适用于大分子，而微孔COFs则适合小分子，设计孔径以更好的匹配目标污染物的大小；（ii）COFs具有优异的发光活性，使其成为化学传感器的潜在候选者。当COFs与目标离子、分子及颗粒物相互作用时，其发光特性会发生变化，有望广泛检测环境中的各种离子、分子及颗粒物；（iii）在特定环境下保持COFs功能化稳定性对其循环使用能力至关重要。因此，在设计COFs材料时，需综合考虑孔结构和稳定性，并根据环境条件选择适当的构建块；（iv）未来COFs的发展应集中于简化合成过程和降低生产能耗，采用更经济的原料，以实现大规模生产。这些将使得具备可调节孔径和结构的COFs能够进一步在环境污染处理方面发挥更大的作用。（本刊有删节）详情见热质纳能公众号

https://doi.org/10.1039/d4cs00521j