共价有机框架（COF）材料是一种新型的结晶性有机多孔聚合物。这种材料主要是由一些轻质元素（H,B,C,N和O等）组成的构筑单元通过可逆共价键连接而成的框架结构。COF一般具有高的比表面积、高的孔隙率、优良的稳定性和低的密度。因此在气体存储与分离、催化、光电和生物材料等领域具有广泛的应用,并且受到科学家们越来越多的关注。在过去的十几年,共价有机框（COF）架材料的报道主要集中于2D COF,而3D COF的设计合成发展缓慢,尤其是功能化的3D COF的设计合成一直是比较困难。这主要是因为3D COF的设计与合成比2D COF困难。首先,合成3D COF的构筑单元要具有刚性结构,尤其对于功能化的构筑单元很难形成高结晶性的3D COF。而且3D COF的框架结构容易发生穿插现象,化学稳定性较差,影响了其应用的广泛性。因此合理的设计合成功能化的3D COF对于丰富其结构多样性和拓展其应用是至关重要的。根据目前3D COF在功能化和应用上所存在的问题,本论文主要通过不同的策略设计合成了三类常见的功能化3D COF拓扑（ctn,dia,和pts）结构。并将三类功能化的3D COF应用于一锅法串联催化、CO₂的选择性分离和导电材料上。研究内容主要分为以下三个部分。（1）目前3D COF的设计合成主要是通过一种可逆键型在溶剂热条件下合成,而我们通过一种新策略首次合成了同时具有两种键型的3D COF（DL-COF）,所得到的3D COF具有高的比表面积,而且和其他3DCOF相比具有很好的气体储存能力。另外由于本工作中合成的DL-COF同时含有酸碱两种催化位点,在用于一锅串联催化反应中表现出优良的催化性能。这种新的合成策略不仅丰富了3D COF的构筑方法,而且拓展了功能化3D COF的应用。（2）共价有机框架（COF）材料,是一种结晶型的有机多孔聚合物。一般主要是通过溶剂热方法合成,这种方法一般能耗高而且不环保。我们第一次通过离子液体的方法合成了三种3D COF（3D-IL-COF）,而且部分离子液体负载在3D-COF的孔道中,这种方法在常温常压下短时间内即可得到高结晶性的3D COF。最主要的是在合成3D COF材料的同时,也得到了离子液体功能化的3D COF,其中离子液体功能化后的3D-IL-COF-1对CO₂具有很好的选择性分离效果,这种简单的合成功能化3D COF的方法为其进一步的应用奠定了基础。（3）功能化的3D COF的设计合成对于拓展其应用的多样性非常重要,而目前很少有关于导电性的3D COF的报道,因此我们将具有电学性质的TTF衍生醛基物作为构筑单元,成功合成了两种具有pts拓扑的TTF-3D-COF（JUC-518和JUC-519）。特别是JUC-518 COF是非穿插的pts拓扑结构,比其他穿插的pts拓扑的3D COF拥有更高的比表面积(>3000 m²g^-1)。随后将TTF-3D-COF经过I₂掺杂后形成了含有离子自由基的电子转移复合物,并且在I₂掺杂后的两种TTF-3D-COF都表现出良好的半导体材料特性。