共价有机骨架(COFs)作为一类新兴的晶态多孔材料，因其孔隙率可调、骨架可修饰、原子结构精确而备受关注。此外，COFs还可以提供多种高速载流子传输(电子、空穴和离子)路径，包括共轭骨架、叠层之间重叠的p电子云和具有可变化学环境的开放通道。因此，在电化学储能(EES)和电化学转换(EEC)方面显示出巨大的潜力。然而，在块状COFs中，缺陷总是阻碍载流子导电，电子或离子很难到达深埋的活性位，因此限制了导致性能。为了解决这些问题，已经进行了大量的研究以获得COF纳米片(NSs)。
有鉴于此，北京理工大学王博教授，冯霄教授介绍了COF的最新研究进展，强调了制备2D COF纳米片用于电化学应用的重要性，重点介绍了COF中电子和离子的输运途径，建立了COF的功能与其应用之间的联系，并从结构设计方面对其性能进行了评价。
本文要点
1）作者总结了COF、NSS和薄膜的合成方法，并将其分为自下而上和自上而下两种方法。自下而上策略是制备COF NSS和薄膜的一种重要方法，其关键是前驱体的预组装和限制单体之间在光滑衬底表面或两相界面等受限空间内的缩合反应。主要包括制备单层共价有机骨架(SCOFs)；COF多层纳米薄片和薄膜。自上而下的方法可以通过直接破坏相邻COF层之间的相互作用来制备多层/单层COF NSs，是一种简便有效的获得NSs的方法。迄今为止，应用于COFs的剥离方法可分为四类，包括机械剥离、液体辅助剥离、自剥离和化学剥离。
2）作者总结了COFs在EES和EEC应用方面的发展，包括：（1）充电电池（作为一种高度多孔的结晶聚合物，COFs能够储存大量的离子，其内表面可以通过氧化还原活性中心进行定量修饰。因此，COF是一种很有潜力的电池电极材料。此外，COFS的电绝缘特性和开放的沟道使其成为固体电解质和分离器的一个有吸引力的选择）；（2）超级电容器（COF作为电极在SCs中的应用有三种方式：(1)通过直接引入可逆氧化还原响应单元或与可逆氧化还原响应单元进行后合成来合成氧化还原活性骨架；(2)通过在导电材料的纳米通道中夹杂或原位聚合导电聚合物来构建COF基复合材料，以提高其导电性和加工性；(3)将COF热裂解形成多孔碳材料，以提高导电性和电容）；（3）电催化（氧还原反应(ORR)、析氢反应(HER)、析氧反应(OER)和CO2还原反应(CO2RR)）。
3）最后作者总结了COFs仍然存在的挑战，并提供了一些建议。首先，作者提出了COF NSs和薄膜的合成面临的挑战及解决方案包括质量 、多样性、电化学稳定性以及产率低和长生长周期等。此外，COF薄膜和NSs的结构-功能关系仍有待深入研究。其次，总结了基于COF的电化学储能的未来研究方向。最后，针对用于电催化的COFs提出了一些建议包括：(1)通过精确的分子设计深入研究它们的结构-功能关系；(2)仔细调节活性中心周围环境对吸附、键的断裂和形成以及脱附过程的影响；(3)通过实验和理论计算探索反应途径及其影响因素；(4)制备周期性高、缺陷少、取向度高的COFs及其NSs，以促进其质量传递和电荷转移过程；(5)增加活性中心的负载量和可及性；(6)验证其在电化学过程后的结构演变；(7)提高它们在电催化条件下的稳定性；(8)开发可扩展的生产方法，以降低它们的成本。
Jie Li, et al, Bulk COFs and COF nanosheets for electrochemical energy storage and conversion, Chem. Soc. Rev., 2020
DOI: 10.1039/d0cs00017e
https://doi.org/10.1039/D0CS00017E
