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A comprehensive review of covalent organic frameworks (COFs) and their derivatives in environmental pollution control Shengbo Ge‡, Kexin Wei‡, Wanxi Peng*, Runzhou Huang*, Esther Akinlabi, Hongyan Xia, Muhammad Wakil Shahzad, Xuehua Zhang, Ben Bin Xu* and Jianchun Jiang*
Chem. Soc. Rev., 2024, 53, 11259-11302🔑 该文开放获取，请点击文末「阅读原文」链接，或复制以下链接到浏览器中打开原文： https://doi.org/10.1039/D4CS00521J
引言
共价有机框架 (COF) 是由高度有序的有机单元组成的一类结晶多孔聚合物，由于其在原子水平上的精准空间组装而获得了广泛关注。得益于所具有的多孔结构、低骨架密度、开放的孔结构、结构可调等特性，COF 材料已在环境治理领域得到了广泛的应用。作为整治环境污染的新型材料，COF 及其衍生材料的未来发展对全球污染整理、环境变化应对、人类健康保障等具有重要的战略意义。
原文图 1 从原材料可持续性、合成过程的环境影响、材料可回收利用性、生物可降解性等四个维度对比了 COF 与现有其它材料在环境污染控制方面的性能表现。由图可见 COF 材料在环境污染控制领域具有优异的性能和广阔的发展前景。
原文图 1. (a) COF 性能图。(b) COF 与现有其它材料在环境污染控制方面的性能比较。
危害水环境的污染物种类很多，其中被研究最多的是抗生素、全氟化合物 (PFAS) 和微塑料。
对 COF 材料进行的羧基或谷胱甘肽官能化处理可使其保持较高的水污染物吸附效率与检测精度。通过结构设计可赋予 COF 光催化功能，获得的材料能以可持续且节能的方式实现对水中有害物质的分解。
重金属和类金属是土壤／土壤体系中的主要污染物。COF 材料通常具有优异的可回收性，并且可被再生而性能损失最小。COF 材料通常由生物相容且无毒的构造砌块构成，降低了二次污染的风险，从而能被安全地用于土壤环境，确保修复工作不会引入额外的污染物，这样就能保持土壤质量以用于农业和生态目的。
与 COF 材料在环境治理中的应用相关的综述论文日见增多（原文图 2）。不同于已有的文献报道，该篇综述全面探讨了 COF 材料的设计原理和合成途径；同时，通过对 COF 内在空间结构与成键类型的详细探究，该篇综述为研究人员们提供了从头开始了解 COF 材料所必需的关键基础知识。
原文图 2. 近五年来发表的与环境污染／COF 相关的科研论文关键词
再者，该篇综述强调了人工智能 (AI) 和机器学习 (ML) 在 COF 材料研究中的变革性潜力。在互联网和数字化技术快速发展的背景下，人工智能和机器学习已成为加快发现速度、优化合成过程和预测 COF 材料在不同环境条件下性能的不可或缺的工具。人工智能和机器学习的结合提提升 COF 材料研究的效率和精度，为材料科学的创新开辟了新的途径。
此外，该篇综述对 COF 材料开展了严格的生命周期评价 (LCA) 研究，深入考察了它们从合成到应用对环境的影响。这一生命周期评价研究非常有助于帮助研究人员们和政策制定者们了解 COF 材料的可持续性并采取更为环保的实践方式。
该文基于三种类型的污染物阐述了 COF 及其衍生材料在环境污染控制中的应用，而此前还未发表过这方面的详细综述工作。 强调了在数字化技术和计算机技术快速发展的背景下，人工智能和机器学习对于 COF 研究的重要意义。 不仅重点论述了 COF 材料在可持续环境领域强大的研究潜力，还结合了联合国可持续发展目标和全球政策发展趋势，指出了 COF 材料的未来研发方向。
综述目录
Introduction
引言
Synthesis of COFs and derivatives
COF 及衍生物的合成原文图 3：COF 合成研究的进展。
The history and evolution of COFs COF 的历史与演进
Chemical structure and configuration of COFs COF 的化学结构与构型
The synthesis methods of COFs and their derivatives
COF 及其衍生物的合成方法
The unique structural COFs and their derivatives
具有独特结构的 COF 及其衍生物
Applications of COFs and their derivatives in air pollution
COF 及其衍生物在空气污染治理中的应用
CO₂ capture and catalytic conversion
挥发性污染物的去除
Applications of COFs and their derivatives in the water treatment
COF 及其衍生物在水处理中的应用
Desalination
药物物质的去除
Applications of COFs and their derivatives in the treatment of soil pollution
COF 及其衍生物在土壤污染治理中的应用
Removal of radioactive elements and heavy metals
放射性元素和重金属的去除
The advances in big data and machine learning empowered exploration of COFs
大数据和机器学习的进步推动 COF 研究
Data enhanced structural optimization of COFs
COF 的性能预测
LCA assessment of COFs and policy impact
COF 的生命周期评价与政策影响
The impact of national policies on the development of COFs
国家政策对 COF 研发的影响
Prospects of COFs and their derivatives in environmental pollution control
COF 及其衍生物在环境污染控制中的应用前景原文图 3：COF 合成研究的进展。
期刊介绍
rsc.li/chem-soc-rev
Chem. Soc. Rev.
| 2-年影响因子* | 40.4分 |
| 5-年影响因子* | 48.1 |
| JCR 分区* | Q1 化学-综合 |
| CiteScore 分† | 80.8分 |
| 中位一审周期‡ | 44.7 天 |
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Jennifer Love
🇨🇦 卡尔加里大学
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* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)
† CiteScore 2023 by Elsevier
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