1. 研究目的与意义
在过去几十年中，工业迅速发展，因其过程中废物处理不当，水污染一直是制约全可持续发展的突出问题之一。地下水作为水资源的重要组成部分，对人类的生产与生活有着重要影响，伴随着医疗卫生事业的发展，污染物通过各种途径进入地下水中，不仅造成严重的水污染，而且间接地危害人类健康。其中，比较突出的如污染物罗丹明B、亚甲基蓝、双酚a、盐酸四环素等[1][2]。目前报道用于去除水体中污染物的方法有物理法、化学法和生物法等。其中，化学法因具有催化效率高、可再生等优点而备受关注。光催化法[1][3]主要利用光驱动化学反应，是一种绿色的催化方式且反应条件比较温和，已被证明是一种处理水体中难降解有机污染物的有效方法。压电光催化[5]是一种利用压电催化和光催化结合的技术，通过适当调节压电场和光照强度，可以实现高效的光催化反应。该技术在环境治理、水处理、能源转换等领域有着广泛的应用前景。
共价有机框架（COF）[3]是一种由有机构筑单体通过共价键连接形成稳定的多孔晶态材料，具有孔道结构规整、比表面积大以及孔隙率高等优点，可应用于储能、传感、催化等领域。在催化方面，利用COF的孔隙率高和结构可调性等特点，将COF与其他材料结合备了复合光催化剂。聚偏二氟乙烯六氟丙烯（PVDF-HFP）[4]是一种共聚物，由偏二氟乙烯和六氟丙烯组成。它通常用于制造高性能膜和涂层，例如锂离子电池隔膜、耐化学品的涂层等。PVDF-HFP具有优异的化学稳定性、耐热性、耐腐蚀性以及低粘度等特点。它作为一种常见的压电材料，以其柔韧性、可拉伸性优异的电学性能被广泛研究。
基于此，我们选取COF作为复合膜的填料，制备COF/PVDF-HFP复合薄膜能更好地吸附污染物进行反应。多孔COF具有大的表面积[1]，因此它可以为负载纳米颗粒提供丰富的位置。同时，COF还可以提高PVDF-HFP在柔性条件下的稳定性和催化效果。COF作为光催化材料，PVDF-HFP作为压电催化材料，将二者复合，协同降解污染物，达到高去除率的效果，有望成为一种有效降解污染物的方法。
2. 研究内容和预期目标
利用溶液法与相分离法结合，合成COF/PVDF-HFP复合薄膜，对材料的结构和形貌进行表征，并将所得材料进行压电、光催化COF/PVDF-HFP复合薄膜性能的测试，研究材料用于降解污染物的性能。具体研究内容包括：
（1）溶液法合成COF，相分离法制备不同填料分数的COF/PVDF-HFP复合薄膜；
（2）分析COF、COF/PVDF-HFP复合薄膜的结构和形貌；
3. 研究的方法与步骤
本课题利用COF/PVDF-HFP复合薄膜研究其压电、光催化性能变化从而用于降解污染物，合成材料采用的方法为简便的溶液法与相分离方法。其中，溶液法被证明是合成COF的有效方式，反应条件温和，易于操作；而相分离方法在实现制膜的同时，通过控制复合质量调控COF的掺杂量，从而可控构筑一系列COF含量不同的复合薄膜，探究掺杂量对材料形貌、结构与催化性能的影响，为构建结构与性能之间的构效关系奠定基础。具体研究方法如下：
1.合成COF前驱体。向玻璃烧瓶中加入10 mL含有22.3 mg 2，5-二乙烯基对苯二甲醛（DVA）和28.1 mg 1，3，5-三（4-氨基苯基）苯（TPB）的乙腈。首先，通过超声波使固体完全溶解。接着，向上述混合溶液中加入CH3COOH（0.7 mL 12M）。通过振荡使上述混合物均化后，混合溶液中出现一定量的黄色沉淀。混合溶液在室温下反应3天并搅拌。反应完成后，通过离心分离黄色沉淀物。然后，黄色沉淀物分别用四氢呋喃（THF）和乙醇洗涤3次。最后，黄色沉淀物在40℃条件下干燥，过夜。
2.合成COF/PVDF-HFP复合薄膜。先向玻璃瓶中加入0.2 g PVDF-HFP和3 ml DMF（N,N-二甲基甲酰胺），放入烘箱80℃使其溶解形成透明溶液，然后取出，分别加入0 g、0.00618 g、0.0105 g、0.0174 g、0.0222 g COF制成0%、3%、5%、8%、10%混合溶液，接着超声，可用玻璃棒搅拌使COF复合更均匀。最后倒入表面皿，喷水置换出有机溶剂形成多孔薄膜，烘箱60℃一小时。
4. 参考文献
[1]Wu Zhongjia,Zhu Junlun,Wen Wei,Zhang Xiuhua,Wang Shengfu. Spherical covalent organic framework supported Cu/Ag bimetallic nanoparticles with highly catalytic activity for reduction of 4-nitrophenol[J]. Journal of Solid State Chemistry,2022,311.
[2]Tomita, Osamu,Otsubo, Takahide,Higashi, Masanobu,Ohtani, Bunsho,Abe, Ryu. Partial Oxidation of Alcohols on Visible-Light-Responsive WO3 Photocatalysts Loaded with Palladium Oxide Cocatalyst[J]. ACS catalysis,2016,6(2).
[3]韦云娇,韦欣仪,韦春雨,杨杰艺,覃仙红,袁香米,陆俊宇.COF/CdS复合材料的制备及其可见光催化性能研究[J].化学试剂,2022,44(11):1619-1626.
5. 计划与进度安排
(1) 第1周~第3周，查阅资料，制定实验方案与计划，准备开题报告；外文论文翻译，论文前言部分的撰写；
(2) 第4周~第7周，合成COF前驱体和COF/PVDF-HFP复合薄膜；对材料进行XRD、SEM等表征；并探索材料制备条件对材料结构的影响；
(3) 第8周~第11周，将所得复合薄膜与与污染物罗丹明B、亚甲基蓝、双酚a、盐酸四环素等反应，测定样品的压电性能、光催化性能，并比较COF掺杂前后以及不同含量COF掺杂样品在催化性能上的差异；
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