共价有机框架材料研究进展

共价有机框架材料是一类具有周期性和结晶性的有机多孔聚合物。共价有机框架材料由轻质元素通过共价键连接,拥有较低的密度、高的热稳定性以及固有的多孔性,在气体吸附、非均相催化、能量存储等研究领域有着广泛的应用潜力,引起了科学界强烈的研究兴趣。本文主要综述了近年来共价有机框架材料的最新研究进展,包括其结构设计、合成、纯化、表征以及在气体吸附,催化及光电等方面的应用,并对共价有机框架材料未来的发展趋势进行了展望。     

共价有机框架材料催化研究进展

共价有机框架材料(COFs)是一类具有高比表面积、高孔隙率、高结晶度的结构多样性多孔材料.由于COFs具有可设计性、易功能化的特点,可通过"自上而下"或者后修饰策略将具有催化活性的官能团或金属颗粒嵌入到材料骨架当中,从而设计出高效催化剂. COFs已逐渐在多相催化及其它催化领域展现出非常大的应用价值.本文综述了COFs作为催化剂载体在多种催化反应中的合成策略与应用,对COFs催化剂的现状进行了总结与展望,同时指出该领域面临的问题与挑战.     

共价有机框架材料应用进展

共价有机框架材料(COFs)由C、H、N、O等轻质元素组成,是一种通过共价键连接的晶型材料。近十年来发展迅速,受到研究人员的密切关注。COFs具有良好的稳定性、低密度、规则有序的孔道结构、结构的可预测性和可设计性等优点,被广泛应用到吸附、催化、储能、生物传感器和荧光识别等重要领域,但其存在合成困难、合成方法有限等问题。文章回顾了COFs材料的发展背景,选取吸附、催化、储能这三个方面的应用进行详细说明,分析COFs材料能被应用到这三个领域的原因,列举最新的研究成果,并阐述了COFs与特定分子结合在不同条件下应用的机理,总结各领域应用的异同,分析在应用中存在的主要问题。最后,对于COFs材料自身以及在应用中存在的问题提出针对性的建议。     

共价有机框架材料固定化酶的研究进展

共价有机框架（Covalent Organic Frameworks, COFs）是一种新型的多孔材料,具有结构规整、骨架稳定、孔径结构可调等特点,被视为固定化酶的理想载体。我们主要总结了近10年来COFs材料作为载体,通过物理吸附、共价连接、包埋的固定化策略制备固定化酶的研究进展与应用,并讨论了COFs材料在酶固定化领域所面临的机遇和挑战。     

共价有机框架材料催化剂

共价有机框架材料（covalent organic frameworks, COF）是功能材料领域研究的热点之一。COF具有孔道结构高度有序、孔径可调、比表面积较大、合成方法多样和易于功能化修饰等优点,是一类新兴的多相催化剂。目前,COF催化剂主要设计思路是：基于“自下而上”策略将非金属催化活性中心嵌入材料骨架来构筑本征型COF催化剂,或者以COF为载体,通过后修饰方式负载金属颗粒或离子构建多相催化剂。鉴于COF以上优势,预计COF催化剂在多相催化和手性催化领域中的应用也将取得更大的进展。本文综述了COF催化剂的合成和功能化策略,并展望了COF在多相催化领域中的应用前景。     

基于共价有机框架材料的电化学传感器研究进展

共价有机框架（COFs）材料是一类由轻质元素（C, O, N, B等）通过强共价键连接而成的新兴结晶多孔材料。COFs因其可调孔径、永久孔隙率、拓扑可设计性等优点,被广泛用于电化学传感领域。金属纳米粒子、碳材料、金属有机框架、酶等功能材料与COFs复合,可以显著提高电化学传感器的分析性能,实现高灵敏度和选择性检测。本综述阐述了基于COFs的电化学传感器的最新研究进展,总结了制备方法,并对其传感机制进行了解释。介绍了新型COFs材料的设计和合成,以及基于新型检测模式的COFs电化学传感器的研究进展。     

共价有机框架材料在吸附领域的研究进展

共价有机框架材料(Covalent Organic Frameworks,COFs)是由有机结构单元通过共价键连接的具有期性结构的多孔化合物。共价有机框架材料具有永久的孔隙、高的比表面积、可调的孔径、易于功能化和高的水热稳定性等优点,广泛应用于许多领域。本文总结了COFs目前主要的合成方法,介绍了COFs在吸附领域的应用和发展。最后,文章指出未来的研究重点是发展更多有机反应和键连方式,合成具有高度稳定性和结晶度、成本低廉的功能性材料。     

量子化学计算解析手性共价有机框架材料6色谱固定相的手性拆分机理

为探究手性共价有机框架材料6(Chiral Covalent Organic Frameworks 6, CCOF6)色谱固定相的手性拆分机理,首先运用ORCA程序对CCOF6及4对手性对映体进行结构优化,然后使用AutoDock程序对CCOF6及各对映体分子进行分子对接,获得CCOF6与对映体相互作用的初始构型;采用ORCA程序(B3LYP泛函,带DFT-D3校正,轨道基组为def2-TZVP, def2/J作为RI-J的辅助基组,RIJCOSX用来加速计算)对初始构型进行能量计算,以最终确定CCOF6与对映体的相互作用构型,并获得相应的结合自由能和结合自由能差;使用Multiwfn程序对ORCA结果进行独立梯度模型分析,并应用视觉分子动力学程序可视化展示CCOF6与对映体的弱相互作用。结果表明:(1)在计算结合自由能方面,考虑了溶剂效应的ORCA计算方法比不考虑溶剂效应的ORCA以及AutoDock计算方法更为精确;(2)CCOF6色谱固定相与对映体之间的结合自由能差绝对值越大,对映体的选择性因子也越大,然而对映体的分离度不一定会越大;(3)除S-1-苯基-1-丙醇是以羟基和CCO...     

共价有机框架材料在光催化领域中的应用

共价有机框架(COFs)材料是有机构筑基元通过共价键连接而形成的晶态有机多孔材料. COFs具有孔道结构规整、及比表面积高等特点,被广泛地应用于气体储存与分离、催化、传感、储能及光电转化等领域.将具有可调吸光能力的有机构筑基元引入到COFs中,可使其展现出强大的光催化潜力.近年来, COFs在光催化领域中发展迅猛.本文总结了COFs在光催化产氢、光催化二氧化碳还原、光催化有机反应以及光催化污染物降解等方面的研究进展,并展望了其在光催化领域的应用前景.     

卟啉共价有机框架化合物的研究进展

共价有机框架化合物(COFs)是一类新兴的具有多孔结构的晶态有机聚合物,在储存与分离、催化、能量转化等领域具有广泛应用。本文介绍了一类基于卟啉单元的COFs,从框架构筑及应用开发两方面综述了这类材料的研究进展。     

二维共价有机框架材料的可控合成及其光催化应用研究进展

通过模拟自然界光合作用, 将太阳能转化为方便存储的化学能是缓解未来能源短缺和环境污染问题的理想途径之一. 二维共价有机框架材料(2D COFs)是近年来发展起来的一类新型有机半导体材料, 具有结晶度高、结构精确以及化学组分灵活可调等优势, 在光催化领域展现出巨大应用潜力, 受到了研究者们的广泛关注. 对2D COFs的可控制备以及电子结构调控方法进行了系统总结, 并重点介绍了它们在光催化水分解、CO₂还原以及H₂O₂合成领域的最近研究进展, 讨论了材料结构和催化性能之间的关系, 最后对2D COFs在光催化应用领域存在的机遇和挑战进行了展望.     

共价有机框架在传感中的研究进展

共价有机框架(Covalent Organic Frameworks, COFs)作为一种由有机结构单元通过共价键连接而成的晶态有机多孔材料,具有结晶性好、密度低、比表面积高以及结构可设计性强等特点,已在分子吸附与分离、催化、光电及能源等领域展现出巨大的应用潜力.近年来,COFs因其固有的结构特点,在传感领域也逐渐引起了科研工作者的广泛关注.主要综述了COFs在爆炸物传感、湿度传感、金属离子传感、pH传感、生物传感、气体传感等领域中的研究进展,并对其发展前景进行了展望.     

光电多孔共价有机材料的研究进展

多孔共价有机材料(Covalent Organic Materials: COMs)是一类通过共价键将不同几何构型和长度的有机配体组装成多维度多功能的多孔材料. 在COM材料体系中, 共轭结构赋予它优异的光电性质, 高的比表面积为静电电荷的分离提供了充裕的界面, 固有的可裁剪孔结构允许离子的传输, 加上高度有序的结构, 为载流子迁移提供了通道, 已经在半导体和能源转化与存储领域展示出诱人的潜力. 本综述围绕着COM材料, 总结其在半导体、能源转化(光解水、太阳能电池、燃料电池中的阴极氧化还原反应)、能源存储(锂电、锂硫、超级电容器)中的应用, 并根据当前研究现状, 提出了设计光电COM材料原理. 尽管光电COM材料的发展还处于萌芽期, 但它已经展示出不可低估的影响, 在半导体和新能源领域扮演着越来越重要的作用, 同时也给光电领域带来了新的机遇.     

共价有机框架材料在多相催化领域的研究进展（英文）

共价有机框架(COFs)材料是近年来在拓扑学基础上发展起来的一类新型有机多孔聚合物,是有机单体通过可逆共价键连接而形成的晶型多孔材料,具有拓扑结构"可设计"、比表面积大、结构规整、孔道均一、孔径可调节以及易于修饰和功能化等优点.与金属有机框架材料(MOFs)相比,由于COFs是以共价键连接形成空间网络结构,具有较好的热稳定性和化学稳定性,又被称为"有机分子筛".COFs的构筑单体为有机小分子,有机小分子来源广泛而且种类繁多,使得构筑单体多样化,便于通过构筑单体来调控目标材料的结构和功能.自2005年首次报道以来,COFs以其独特的结构和优越的性能,吸引了广大科研工作者的极大兴趣,对其结构设计、可控合成、结构解析以及功能探索成为了研究热点,在气体吸附与分离、光电材料等领域展现出了广阔的应用前景.特别是在催化领域,由于COFs材料的多孔性、敞开的孔道结构、良好的稳定性以及易于修饰的特点,采用COFs作为催化剂以及催化剂载体受到了人们普遍的关注.作为催化剂,COFs可分为本征型催化剂和负载型催化剂.本征型催化剂的设计方法是基于"自下而上"策略将催化活性中心嵌入材料骨架之中;负载型催化剂的设计方法是以COFs为载体,通过后修饰方式负载金属颗粒或离子来构建多相催化剂.本征型COFs催化剂是在分子水平上引入催化活性中心,具有活性位点均匀分散、数量可控的特点,而且COFs规整均一的孔道结构有利于底物的传质,也为择形催化提供了可能;负载型催化剂通过后修饰方式引入催化活性中心,由于COFs以共价键连接,催化剂稳定性较高.COFs载体具有较大的比表面积,使得催化活性位点分散性好,也有利于底物与催化活性位点的结合.本文综述了COFs作为多相催化剂在催化领域的发展状况,按照COFs引入催化活性位点的类别,如单催化位点、双催化位点以及负载的金属纳米粒子进行了细致的阐述,重点讨论了COFs催化剂的设计理念、制备方式、功能化策略、材料的稳定性、催化活性以及选择性等内容.此外,对COFs作为光催化剂以及电催化剂方面的研究也进行了详细的介绍.最后,我们讨论了COFs在未来催化领域所面临的问题及挑战,并展望了COFs在超分子催化以及酶催化等方面的应用前景.     

共价有机框架新应用: 选择性水解二维共价有机框架制备有机纳米管

共价有机框架(covalent organic frameworks,COFs)是一类晶态有机多孔聚合物,它们通过多官能团有机单体分子缩聚形成共价键连接的二维或三维拓展网格结构[1].遵循“框架化学”构筑原理[2],COFs的结构可被预先设计并精确构筑.这类新颖材料的显著特点是其内部分布高度有序的纳米孔道且孔道形状和大小可通过改变聚合单体的对称性和尺寸进行精确调节.此外,从构效关系的角度考虑,多孔和共轭结构特征[3]使其在物质吸附、储存与分离、催化、光电和传感检测等领域均得到了引人注目的应用[4].尽管如此,开辟COFs新应用的需求仍然十分迫切.     

共价有机框架催化材料:二氧化碳转化与利用

多相催化二氧化碳(CO₂)高效转化为高附加值的精细有机化学品和化工燃料,具有非常重要的研究价值和工业应用潜力。共价有机框架材料(Covalent Organic Frameworks, COFs)由于其高比表面积、有序的孔道结构、高化学和热稳定性、可控的催化位点等特性,在CO₂吸附和转化方面都展现出突出的优势。通过合理的策略从分子水平对其孔道或表面进行改性引入功能性物种或催化活性位点,能够有效实现其对特定反应的选择性调控并提供物质传输的有利微环境,因此COFs材料近年来在CO₂催化转化领域中得到了迅速的发展,也具有良好的应用前景。本文针对近几年COFs材料在CO₂转化为重要化学品的研究领域进行了简要的综述,总结当前存在的问题,并对COFs催化材料今后在CO₂转化领域的发展进行了展望。     

共价有机框架材料(COFs)在多相催化中的应用

共价有机框架材料(COFs)是一类多孔有机材料,由轻质元素组成,具有比表面积大、孔径可调、稳定性好等特点,在多相催化领域有着广泛的应用.通过改变构筑单元和缩合反应("自下而上"合成法)的类型,或是通过合成后修饰的手段,COFs可以被赋予多种功能并高效催化一系列反应.本文以基于COFs材料的催化反应类型为分类依据,对近年...     

共价有机框架材料在毛细管电色谱中的应用进展

毛细管电色谱(CEC)因兼具高效液相色谱(HPLC)的高选择性和毛细管电泳(CE)的高分离效率而受到越来越多研究者的关注。在毛细管电色谱中,选择合适的固定相材料对获得优异的分离效果起着十分重要的作用。近年来,多种新型材料如氧化石墨烯、蛋白质、金属有机框架(MOFs)及共价有机框架(COFs)等被作为固定相应用于毛细管电色谱领域以期获得更好的分离性能,同时拓展毛细管电色谱的应用范围。其中,COFs因具有孔隙率高、比表面积大、高稳定性、孔径可调和可设计性强等独特性质,在毛细管电色谱领域显示出了巨大的应用前景。鉴于此,本文对2016-2023年间COFs在毛细管电色谱领域的研究进展进行了综述,包括COFs毛细管电色谱柱的分类和制备方法,以及基于COFs固定相的毛细管电色谱技术在环境内分泌干扰物、农药、芳香族化合物、氨基酸及药物分离领域中的应用及分离机理等内容。最后对发展基于COFs固定相的毛细管电色谱应努力解决的问题和该技术未来的发展方向进行了分析和展望。     

共价有机框架材料对放射性核素高效富集及作用机理的研究进展

核能作为新能源的主力军由于高能源密度和高效清洁而得到大力推广.然而,作为核能的原材料,铀矿在开采、加工和乏燃料的后处理过程中产生的大量放射性物质通过泄露等途径进入环境.放射性物质由于高化学毒性和强放射性,对环境和人类健康可能造成潜在的危害,因此受到了公众的高度关注.因此,对放射性物质的高效富集和分离在核能可持续发展中起到关键作用.吸附法是目前最广泛地应用于除去放射性物质的一种主要分离方法,共价有机框架(COFs)材料由于良好的化学稳定性、可控的结构和高比表面积,在吸附放射性物质领域应具有很好的应用前景.本文详细地回顾了COFs及其复合材料在不同环境条件下对TcO_4~、UO_2~(2+)、I~-和其他放射性核素的吸附性能及其机理,最后提出了COFs材料在放射性核素吸附尚存在的挑战并展望其发展前景.