近年来,随着工业的发展,越来越多的工业废水被排放到水体中,这些废水中如果含有高毒性的铬（Cr（VI））和有机染料等,将对环境生态系统产生毁灭性的影响,同时也将影响人类健康。因此,在工业废水排放之前,其中的染料和重金属离子必须有效去除,这已成为一个重要课题。在众多的处理方法中,光催化法直接利用太阳能实现净化废水的目的,该方法更有效、成本更低且不产生二次污染物。光催化剂的开发是光催化污水净化的关键。尽管许多无机半导体光催化剂具有优异的降解持久性污染物能力,但是它们仍然存在结构单一、吸收光谱窄、载流子易复合等缺点。因此,需要设计新型光催化剂。共价-有机框架（COF）可以通过适当选择供体和受体单元以及调整它们的排列顺序以调节光电子性质,被认为是利用可见光光催化反应的稳定而有效的催化剂材料。COF作为光催化剂用于污水净化成为一个研究热点。另一方面,随着新材料和电子技术的迅速发展,微型化、智能化的电化学传感器得到了日新月异的发展。此外,电化学传感器以分析速度快、灵敏度高、选择性好、操作简易、仪器价格低廉等优越性,己成为国内外研究的热点,并在药物分析、环境监测等方面展现巨大应用前景。由于COF本身的结构特点,可在很大程度上避免框架结构中的功能性有机单元溶解在有机电解液中,还能为电解质的注入和离子的传输提供开放的通道,所以COF被广泛应用在电化学方面。另外,引入不同的修饰物的优点是非常明显的:其一,引入导电性较强的物质可以增强复合材料导电能力;其二,利用不同修饰物与客体分子或离子的相互作用,可以增强COF的识别能力,从而可以定向设计合成一些具有特定识别功能的电极修饰材料。为了提升COF光催化活性和传感能力,控制孔的大小和形状、负载导电活性物是目前最常使用的合成手段。而COF的一个显著特征是具有明确的分子主干,它可以由其连接、构建单元和不同的官能团综合控制进而实现性能的优化。基于以上分析,本文设计并成功制备多例COF材料,研究了它们在电化学检测和光催化方面的应用。具体内容如下:1.针对单一COF材料导电性不足的问题,通过简单的一锅溶剂热法将TPA-COF（TPA=三苯胺）与炭黑（CB）复合制备了系列复合修饰电极材料。TPA优异的氧化还原能力使复合材料具有优异的电化学活性。炭黑的引入不仅提高了复合材料的导电性,而且提高了复合材料的比表面积。基于这些优点,TPA-COF/CB复合材料被开发为新型电极修饰材料,用于多巴胺（DA）的电化学测定。在最佳条件下,所构建的修饰电极表现出20-1000μM的线性检测范围和17 n M的检出限（S/N=3）。此外,由于其高选择性、强稳定性和优良的可重复性,所构建的修饰电极被成功用于商用多巴胺注射液中DA浓度的检测,并取得令人满意的结果。我们的工作为利用COF定量检测DA提供了一种简单的方法,同时也为扩展COF在传感领域的应用提供了一种新的途径。2.可用于同时检测鸟嘌呤（G）、N6-甲基嘌呤（N6-m A）和腺嘌呤（A）的电极材料仍然缺乏,本工作通过原位溶剂热法将高结晶卟啉基共价-有机框架（COF-366-Co）与炭黑（CB）进行复合。COF的高比表面积特性有利于增加活性位点的暴露,从而提高复合材料的电化学活性。利用这一优势,我们构建了电化学传感器实现同时检测G、N6-m A和A。实验结果表明,炭黑的负载量对COF/CB复合材料的电化学性能有显著影响。当负载40wt%CB时,修饰电极的活性最佳,对于单独检测G、N6-m A和A的检测线性范围分别为0-40μM、0-24μM和0-35μM,检出限分别为0.08μM、0.11μM和0.04μM（S/N=3）。此外,构建的电化学传感器还具有高选择性、强稳定性和优良的重复性。进一步研究表明,复合材料优良的电化学检测性能主要是由于嘌呤分子与COF骨架之间有效的主客体相互作用。这为利用COF进行嘌呤的定量检测提供了一种简便的方法,也为扩展COF在传感领域的应用开辟了一条新的途径。3.共轭有机聚合物（COP）作为一种很有前途的无金属光催化剂受到了越来越多的关注。在这项工作中,我们通过溶剂热法合成了两种新设计的COP（An-TATB和An-TPA）。An-TATB和An-TPA具有宽的吸收光谱范围和足够的光氧化-还原电位,可作为光催化剂用于水中Cr（VI）还原和有机污染物降解。与An-TPA相比,An-TATB显示出更有效的光诱导电荷分离和更好的光催化性能,这可能与An-TATB独特的供体-受体结构有关。An-TATB可同时去除Cr（VI）和有机污染物。此外,还对污染物去除过程中的反应活性物种进行了分析,并提出了光催化机理。本研究为新型高效无金属光催化剂的设计和构建提供了一条有效途径。4.为了提升共轭聚合物光催化剂的活性,巧妙设计将噻吩[2,3-b]并噻吩（Th）作为给电子单元,三嗪（Trz）作为吸电子单元,成功制备了两种供体-受体型共价三嗪聚合物（CTP）,即Th-Trz（JOU-6）和Th-Ph-Trz（JOU-7）（Ph=苯环）。两种共轭的CTP均具有宽的光谱吸收范围和高的电荷转移效率,被开发用做水体中Cr（VI）还原的高效光催化剂。研究发现,酸性的光催化条件有助于CTP中三嗪基团的质子化,这不仅可以提高它们对Cr2O72-的吸附能力,而且可以提高载流子分离和转移效率。另一个重要发现是,在供体和受体单元之间引入苯环后,CTP中的光生电子和空穴得到更有效的空间隔离,从而提供更好的光催化性能。理论计算结果进一步证明苯环的引入能够促进电荷的空间分离。进一步研究表明,JOU-7可以在不使用任何牺牲剂、氧化剂或附加酸的情况下同时去除Cr（VI）和有机污染物。这项工作为设计和构建有效的光催化剂以去除废水中的污染物提供了有价值的参考。5.为探索共价有机框架（COF）带隙与其光催化活性的关系,我们通过常温搅拌法构建了三种Au NPs修饰的二维COF,即Au@COF-2、Au@COF-3和Au@COF-1。它们均具有良好的结晶度、较高的比表面积和足够的氧化电位。通过细致的供电子单元和吸电子单元的调节,三种复合材料带隙按照Au@COF-2＞Au@COF-3＞Au@COF-1的顺序递减。光催化降解Cr（VI）性质研究表明,对于优异的光催化材料的设计,不仅仅是追求更宽的吸收光谱和更小的能带间隙,更要使催化剂更有效的利用光能和光生载流子。由于其独特的能带结构,Au@COF-2表现出更好的载流子分离传输效率和更高的光催化还原Cr（VI）活性。在120 min内,Cr（VI）还原率可达到98.2%。此外,本工作探讨了光催化过程中的反应活性物种并提出了可能的还原机理。我们的工作不仅为设计高效COF基光催化材料提供了参考,而且为扩展COF复合材料在污水处理领域的应用提供了一条新的途径。该论文有图56幅,表17个,参考文献306篇。