离子液体（ILs）作为一类由有机阳离子和无机/有机阴离子组成的软功能材料，具有独特的理化性质，并引起了不同领域研究人员的广泛关注。研究发现，将ILs固定在共价有机框架（COFs）、金属有机框架和碳纳米管等多孔材料中，可作为填补ILs理化性质和应用性能不足的有效方法。近年来，COFs和ILs的互补性和协同激活性，以及COFs和ILs的可定制性和多样性，使得COFs-ILs复合材料具有可预先设计的结构和可定制的功能。
近日，青岛大学化学化工学院刘晓敏团队总结了COFs-ILs复合材料从制备方法到应用性能的最新进展。根据ILs在制备过程中的作用以及COFs与ILs之间的键合方式，文章将COFs-ILs复合材料合成策略分为离子热合成和溶剂热合成。在此基础上，作者从催化、CO2吸附分离、电化学、发光传感和生物分析等五个方面，综述了COFs-ILs复合材料的应用性能。事实证明，COFs-ILs复合材料的应用性能较原始的COFs和ILs有较大提高。此外，作者还强调了COFs-ILs复合材料在基础合成和前沿应用方面所面临的机遇和挑战。
图文导读：
随着人们对功能材料需求的不断增加，COFs-ILs复合材料作为理想的候选材料无论在合成还是应用方面都显示出了巨大的潜力。作者介绍了COFs-ILs复合材料的合成和应用的时间线（图1），并系统地概括了COFs-ILs复合材料在有机催化、电化学、吸附分离、发光传感和生物分析等领域的应用（图2）。
图1. COFs-ILs复合材料的合成和应用的时间线
（图片来源：Adv. Funct. Mater.）
图2. COFs-ILs复合材料的合成和应用示意图
作者综述了COFs-ILs复合材料的合成方法，包括离子热和溶剂热合成，并介绍了近几年来COFs-ILs复合材料物化性能研究的最新进展。文章首先介绍了离子热合成法，将其按照ILs作为溶剂和催化剂进行分类（图3），并具有在温和条件下合成COFs材料的特性。
图3. (a)、(b) HP-COFs合成示意图；(c) HP-COFs的空间堆积模型
另外，文章介绍了溶剂热合成法（图4），根据ILs和COFs的键合方式将其分为基于共价键的COFs-ILs复合物和基于非共价键的COFs-ILs复合物。并分别阐述了其合成过程和结构性能的表征。
图4. (a) DhaTab-COF-IL、DhaTab-COF-IL和DhaTab-COF-EuIL的合成过程；(b) DhaTab-COF-EuIL对丙酮的荧光猝灭效应及其在混合有机溶剂(DMF/丙酮)中的荧光光谱
作者综合考量了COFs和ILs的灵活组合赋予COFs-ILs复合材料作为功能材料的巨大潜力，对COFs-ILs复合材料在催化、电化学、吸附分离、发光传感（图4）、生物分析（图5）等方面的应用进行了详细的总结和讨论。
图5. 人体血浆一步净化与提取（OSCE）程序示意图
通过对多种ILs的空间约束和改性，可以定向获得具有催化性能的复合材料。目前，COFs-ILs复合材料作为多相催化剂为CO2转化提供了更多的活性位点，该特性引起了人们的极大兴趣（图6）。
图6. (a) 咪唑盐改性多孔COF-HNU14的合成；(b) 结构A催化CO2和环氧化物偶联成环状碳酸酯反应路径的自由能谱
此外，COFs-ILs复合材料还被认为是具有高电解质相容性的准固态电解质(QSSE)，表现出优异的电化学性能（图7），在金属锂电池的实际应用中具有广阔的应用前景。
图7. 基于IL-fCTF的QSSE的示意图和LMB的设想结构
COFs的理想孔隙率和ILs对CO2的特定亲和力有利于增强复合材料对CO2的吸附，即ILs既可缩小COFs的孔隙，又可以加强CO2的选择性分离（图8）。
图8. IL@COF-300/Pebax MMMs对CO2分离过程示意图
总结与展望
COFs和ILs的协同作用赋予了COFs-ILs复合材料新的孔隙性和功能性，进一步提高了其在催化、吸附分离、电化学、传感和生物相关分析等领域的应用性能。新兴的COFs-ILs复合材料有望丰富功能材料，并拥有巨大的发展潜力。然而，COFs-ILs复合材料的研究虽然取得了一系列的研究发现和成果，但仍处于起步阶段，还有诸多挑战亟待解决。
在合成方面，到目前为止，只有几十种COFs和ILs被研究，很难开发出一种通用的策略来设计和合成多种COFs-ILs复合材料。此外，合成条件对COFs-ILs复合材料结构生长的影响还没有得到系统的研究。另外，ILs的引入会在一定程度上导致框架结构的倒塌，而如何构建稳定的COFs-ILs复合材料是目前面临的挑战之一。ILs对COFs的形貌、孔隙率和剥离的调控对COFs-ILs复合材料的性能应用具有重要意义，有待于进一步的深入研究。
在应用方面，COFs-ILs复合材料不应局限于催化、吸附分离、电化学等领域，还可以广泛应用于储能、生物医学、光电、环境等领域。因此，深入了解COFs-ILs复合材料的构效关系，拓展材料性能的研究方法，有利于丰富COFs-ILs复合材料。实验表征与计算机模拟方法相结合，可充分挖掘COFs-ILs复合材料的相互作用机理，实现COFs-ILs复合材料的可控精准构建，丰富材料种类并提高应用性能。最后，COFs-ILs复合材料的可重用性和再生性是工业化应用的重要问题，这是一个长期存在的挑战。
作者信息：
姓名：张优
2020级博士研究生
邮箱：13014338079@163.com
研究方向：COFs的设计合成及其电化学应用性能研究