共价有机框架（COFs,Covalent Organic Frameworks）是一类通过有机构筑单元精确自组装形成的具有预设骨架和纳米孔的晶态多孔有机聚合物,最近已成为设计有前途的有机多孔材料新的分子平台。其骨架多样、孔结构有序、可修饰性好、热稳定性和化学稳定性高,应用范围已从气体吸附、存储、分离、反应催化等传统领域拓展到能量存储与转换、传感、半导体、电池等诸多新兴行业和领域,为解决人类社会的生存与发展问题带来了新的希望。因此,本文选择共价有机框架材料作为研究对象,展开合成、表征及不同领域内的应用探索工作,从其各自的化学特性出发分别进行了氟阴离子的荧光传感、质子传导、碘捕获以及CO2吸附研究。氟阴离子对人类健康十分有害,长期过度摄入氟阴离子会导致许多疾病,如氟中毒和骨骼畸形。考虑到其有害影响,迫切需要设计新型的氟阴离子传感器材料。本文中,我们以水合肼和带有α-羟基的芳香醛为构筑单元,通过席夫碱反应构筑了一个吖嗪连接的共价有机框架并将其命名为ACOF。ACOF不仅具有良好的孔隙度和显著的稳定性,更值得一提的是,骨架中的羟基和亚胺键形成了激发态分子内质子转移（ESIPT）机制,使得ACOF具有优异的发光效果。有趣的是,氟阴离子对羟基具有强去质子化作用,可以打破ACOF中的ESIPT过程实现荧光猝灭。进一步研究证实:ACOF对氟阴离子检测具有高度的灵敏性和良好的选择性。目前,COFs应用于质子传导绝大多数是通过在其孔道内填塞质子载流子或通过构筑单元上带有的强酸性侧基基团来实现,通过骨架进行质子传导的COF还未见先例。文献中常见氮杂环化合物咪唑、三氮唑等被负载在多孔材料中应用于质子传导。受此启发,本文利用结构中含有三氮唑结构片段的构筑单元发生席夫碱缩合反应合成了一种新型二维共价有机框架（TFP-BTDA-COF）。由于2D COF的π-π堆积作用,BTDA连接单元中三氮唑上的N-H键在COF各层上周期性间隔排列形成有序阵列,在一定湿度条件下,借助水分子的中继作用,质子可以沿该阵列在一维孔道内传递,使得该COF可以通过骨架进行质子传导,具有应用于质子交换膜燃料电池的潜力。129I或131I是一种高活性的核废料,可对环境造成长期影响,在学术界和工业界引起了广泛关注。有鉴于此,设计有效的碘捕获方法和材料显得尤为迫切且必要。本文通过席夫碱反应设计并合成了两个高稳定性的微孔亚胺类COFs（COF-OH和COF-F）,COF-OH的稳定性来源于羟基单元与亚胺键中的氮原子之间形成了分子内氢键,COF-F则通过孔壁上具有能量稳定作用的F原子在面对面的堆积作用中获得了显著的稳定性。利用COFs良好的多孔性以及骨架中大量的活性原子与客体分子之间的弱相互作用,将其应用于碘蒸汽捕获并获得了令人满意的结果。CO2排放被广泛认为是导致气候变化的一个主要因素。传统的胺溶液能有效吸收CO2,但存在能耗高、价格昂贵的问题。构筑高性能的吸附剂对工业排放源中CO2的吸附和分离至关重要。COFs作为一类共价连接的多孔材料,与金属有机框架（MOFs）具有相似的多孔性能,但密度更低;与多孔有机聚合物（POPs）相比具有其不具备的微晶结构。本文采用席夫碱缩合法合成了两种微孔共价有机框架（ESM-COF-1和ESM-COF-2）。构筑单元上的甲氧基作为电子供体,通过p-π共轭作用使电子云向亚胺键转移,赋予了ESM-COF-1和ESM-COF-2恶劣条件下优异的稳定性。高密度活性原子与客体分子之间的弱相互作用有利于气体吸附,这使得ESM-COF-1和ESM-COF-2的CO2吸附能力和选择性优于大多数报道的COFs。