有机多孔聚合物制备方法的发展,使得科研工作者们能够在纳米尺度上构建孔结构。通过单体或者聚合物作为起始原料的模板法或利用嵌段共聚物自组装法通常可以制备具有特殊的规整形貌的有机多孔聚合物,然而,纳米级别的孔径控制以及精确的孔结构调控却难以实现。近些年发展的直接合成法,巧妙利用有机构建基元制备得到了一系列高比表面积、高稳定性和孔径均一的有机多孔聚合物,并且孔径可以在纳米级进行调控。动态可逆化学构建的共价有机骨架(Covalent Organic Frameworks,COFs)材料,由于其高结晶性的特点,在众多有机多孔聚合物中脱颖而出。规则的孔结构、高比表面积、大的孔体积、可控的孔尺寸、均一的孔道化学环境使得COFs材料在气体吸附、储存和分离、药物缓释、催化、传感、生物分子固定、细胞支架、低介电材料、光子能隙材料、过滤/分离膜、光子交换膜、纳米喷涂/印刷的模板、色谱柱填充材料、能量储存的电极材料以及防反射涂层等多种领域具有良好的性能表现。多种可逆化学反应,如硼酸脱水反应,希夫碱反应、氰基三聚反应,Knoevengel反应,被用于构建COFs,其中希夫碱反应由于形成的C=N键具有较高的稳定性以及好的可逆性而在COFs制备中应用最广。由于其结构可设计性,研究人员通过选取不同构型、长度、官能团的有机配体,可以制备得到不同拓扑结构、不同孔形状以及不同孔道环境的COFs材料。回顾COFs材料发展史,二维(2D)结构COFs材料占绝大部分比例,三维(3D)COFs材料因其结晶性难以调控而发展缓慢。因此,构建新的3D拓扑结构和发展新的3D COFs材料,对于推动COFs材料的发展具有重要意义。同时,COFs在药物缓释以及爆炸物检测领域的研究目前仍处于起步阶段,本研究即在此背景下展开。本论文通过巧妙设计有机配体构建基元,基于希夫碱反应构建了多种新型COFs材料。值得一提的是,本研究制备了三种新型的具有罕见ctn和bor拓扑的3D COFs材料,对于扩展3D COFs的结构种类具有重要的推动作用。本论文选取了几种有机单体,构建了几种2D和3D COFs材料,探究了一些COFs材料在药物缓释和爆炸物检测领域的性能,对于拓展COFs材料在两种领域的应用研究提供了参考。(1)第二章主要介绍三种具有罕见三维ctn(JUC-530和JUC-531)或bor(JUC-532)拓扑结构的COFs材料的设计、合成以及表征。本文通过FT-IR,TGA,SEM等技术手段对得到的COFs材料进行分析并结合PXRD方法与理论计算方法对COFs的晶体结构进行研究。氮气吸附实验表明制备得到的COFs材料均具有较高的比表面积和均一的孔径分布。我们相信其独特的拓扑结构将为这些COFs材料在不同领域的性能应用来重大影响。(2)第三章通过有机配体的设计,构建了一种新型三维COFs材料(JUC-533)并对其结构以及组成进行了研究。测试结果表明其具有高比表面积和均一孔径分布。通过在其孔道内掺杂PVK,我们得到了新型PVK@COFs复合材料并在多种爆炸物痕量检测方面具有较好的性能。(3)第四章包括两种新型2D COFs材料(JUC-516和JUC-517)的设计与制备。多种测试手段证实COFs材料的成功制备。高结晶性保证了其较高的比表面积与均一的孔径分布。本文进一步探究了JUC-516在药物缓释领域的应用潜能,为扩展COFs的应用研究提供了参考。