环境污染与修复一直以来是热点话题，对污染物进行高校可持续控制的材料研究议题一直受人关注。
一篇名为《A comprehensive review of covalent organic frameworks (COFs) and their derivatives in environmental pollution control（A comprehensive review of covalent organic frameworks (COFs) and their derivatives in environmental pollution control》 （ 《（共价有机框架（COF）及其衍生物在环境污染控制中的研究进展》 ）论文。
由南京林业大学葛省波教授、河南农业大学林学院彭万喜教授、英国诺森比亚大学团队联合共同创作，发表在化学1区顶刊Chemical Society Reviews上面！
这本期刊JCR分区化学：综合排名第2，影响因子高达40.4分，当之无愧的化学类顶刊。
以下是主创作者彭万喜教授对该文章内容的分享：
A: COFs 的结构对其在环境治理中的性能有很大影响。
例如，COFs 的孔隙结构决定了其对污染物的吸附能力，特定的空间结构如二维（2D）和三维（3D）结构会影响其在不同环境中的应用。
2D COFs 可以通过选择不同的构建单元和调整连接方式设计出各种拓扑结构，不同的结构对特定污染物的吸附和分离效果不同。3D COF 结构在某些情况下对气体的吸附效果更好。
此外，COFs 的化学结合类型也会影响其性能，如不同的键合类型对特定污染物的吸附亲和力不同。
A: COFs 是一类由高度有序有机单元组成的结晶多孔聚合物，具有精确的空间组装能力，可在原子水平上进行设计。
其独特的性能包括：具有多孔结构，低骨架密度、开放的孔隙结构和结构可裁剪性；在导电、 photocatalysis、能源存储、生物医药等领域有广泛应用；可用于环境治理，对大气、水和土壤中的污染物有良好的吸附、检测和催化转化作用；可通过多种合成方法制备，且合成方法不断创新。
例如，其在大气污染治理中，对 CO₂、H₂S、NH₃、挥发性污染物、NOx 和 SOx 等有高效去除能力；在水处理中，可用于海水淡化、染料吸附、重金属离子捕获、去除有机物和药物等；在土壤污染治理中，能吸附和降解有机污染物，去除重金属和放射性元素。
A: COFs 的合成方法主要有溶剂热法、微波辅助合成、机械化学合成法、超声化学法、光化学法、室温合成、等离子体辅助合成和电场介导合成等。
溶剂热法：优点是 COFs 产量高，可控制晶体尺寸和形态，适合大规模生产；缺点是成本高、能耗高、反应时间长。
微波辅助合成：优点是操作简单、反应时间短、反应均匀；缺点是设备成本高、穿透深度有限。
机械化学合成法：优点是环境友好、易操作；缺点是设备损耗、难以大规模生产。
超声化学法：优点是高效、无污染、能形成高质量晶体；缺点是操作不熟练、缺乏放大解决方案。
光化学法：优点是环境友好、反应精确可控；缺点是成本高、限制大规模应用。
室温合成：优点是低能耗、易制备；缺点是反应速率慢、产率低、反应类型有限。
等离子体辅助合成：优点是反应速率快、副产物少；缺点是设备复杂、成本高。
电场介导合成：优点是反应条件温和、反应速率快；缺点是电极污染、设备复杂、成本高。
A: COFs 在空气污染治理中有多种应用。例如：
CO₂捕获和催化转化：目前三嗪基 COFs、亚胺基 COFs 和硼基 COFs 在 CO₂吸附中有广泛应用。3D COF 结构对 CO₂的吸附效果比 2D COF 结构更好。此外，COF 催化剂可用于 CO₂的电催化还原，将其转化为高价值化学品。
硫化氢去除：COFs 可通过光化学方法制备的材料吸附 H₂S，并催化硫化物氧化为亚砜；还可用于检测空气中的 H₂S 含量。
NH₃去除：硼酸酯连接的 COFs 是有效的 NH₃吸附剂，一些特定比例合成的 COFs 对 NH₃有较高的吸附效率。
挥发性污染物去除：COFs 可用于捕获有机碘化物、选择性吸附乙炔等，去除挥发性有机污染物。
NOx 和 SOx 去除：金属原子带正电荷的 COF-105 可吸附 SO₂气体分子；亚胺功能化的 COF（PI-COF）是 SO₂吸附剂，具有高介孔率和大表面积；新型本征导电 2D COF（COF-DC-8）可抵抗多种大气污染物。
A: COFs 在水处理中有以下五个方面的作用：
海水淡化：COFs 可作为过滤膜材料用于海水淡化，不同的亲水基团接枝到 COFs 上可影响脱盐效率。
染料吸附：COFs 可通过膜技术或 COF 颗粒吸附染料分子，具有良好的化学稳定性和吸附性能。阳离子染料是最危险的染料之一，一些 COFs 材料可有效去除阳离子染料并监测其含量。
重金属离子捕获：COFs 可作为吸附剂捕获水中的典型有毒金属离子，如通过空心结构的 TB-HCOF、含酰胺基团的 COF-TE、功能化的 COF-S-SH 等材料吸附重金属离子，还可用于去除砷等。
去除有机物：磁性 COFs 可去除水中的有机污染物，如通过膜过滤、界面吸附、磁固相萃取和固相微萃取等方法去除有机污染物，具有高效的光催化降解性能。
药物去除：COFs 可去除水体中的药物残留，如磁性 COF 复合材料可有效吸附水中的双氯芬酸钠，一些功能性 COFs 可吸附磺胺类药物和抗生素等。
A: 数据增强的 COFs 结构优化：通过机器学习研究 COF 结构，可预测新型 COF 材料，如结合密度泛函理论分析合成用于可充电锌离子电池阴极材料的 COF，并预测具有特定结构的新型 COF；通过计算机模拟预测掺入过渡金属元素的 COF 材料的性能。
COFs 性能预测：开发 COF 数据库以预测其性能，如利用多模态转移学习模型预测多孔材料的各种性能；通过机器学习预测 COFs 对空气、土壤和水环境中污染物的控制效果，如计算 SO₂与 COF 的相互作用力、确认过渡金属在 COF 中的固定位置、预测 COFs 的氢吸收特性和对污染物的吸附能力等。
COFs 的逆向设计：依靠智能算法输入预期参数逆向求解结构，如通过添加强氧化还原基团确定更高效转移电子的 COF 结构；结合分子模拟和机器学习提取定量结构 - 性能关系，为新 COFs 的逆向设计提供新指南；研究过渡金属元素对卟啉 COF 热导率的影响，插入特定元素可使 COF 成为性能优异的半导体材料。
A: 未来COFs 在环境治理中的发展方向主要有以下几个方面。
首先，通过设计更合理的结构和引入特定的功能基团，提高对特定污染物的去除效率和选择性。其次，进一步优化合成方法，降低成本，实现大规模生产。
同时，提高 COFs 的稳定性，使其在不同环境条件下都能保持良好的性能。此外，加强对 COFs 在环境中的影响研究，寻找更绿色的合成方法，防止二次污染。
最后，充分利用大数据和机器学习等技术，加速 COFs 的研发和性能优化，为环境治理提供更有效的解决方案。
计算机科学领域 SCI
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