微波合成技术作为一种高效、绿色的合成方法，正在彻底改变COFs的制备流程。 本报告全面分析了微波合成COFs的原理、反应体系、合成条件及应用前景。
从传统方法的数天缩短至数分钟，大幅提高研究和生产效率
能耗降低两个数量级，可在常压空气环境下操作，减少高压设备需求
已实现1小时内合成300mg高结晶性COF，产率达90%，为规模化生产奠定基础
微波合成技术通过极性分子(如水、乙二醇等)的偶极旋转产生热量，直接作用于反应物分子，实现"体相加热"而非传统传导加热。这种加热方式具有以下特点：
最快可达传统方法的200倍(如COF-102合成仅需20分钟)
结晶度更高、比表面积更大、稳定性更好
无需严格除氧，可在空气环境中进行
反应温度低，能耗显著降低
已实现1小时内合成300mg高结晶性COF(产率90%)
| 参数 | 微波合成法 | 传统溶剂热法 |
|---|---|---|
| 反应时间 | 10秒-60分钟 | 2-10天 |
| 反应温度 | 60-110°C | 85-250°C |
| 产率 | 高达90% | 60-80% |
| 比表面积 | 更高(如COF-5达2019 m²/g) | 较低(COF-5仅1590 m²/g) |
| 能耗 | 低 | 高 |
| 操作难度 | 简单 | 复杂(需严格除氧密封) |
微波合成COF-5(20分钟)比表面积达2019 m²/g
TpPa-COF微波合成(60分钟)比传统方法(2-3天)产物更稳定
空气中1小时合成亚胺键COFs，碘吸附容量达7.83 g/g
10秒-10分钟快速合成，用于光催化氧化反应
注：反应时间和能耗为相对值，微波合成法设为基准值1。比表面积为相对值，传统方法设为基准值1。
| 反应类型 | 反应时间 | 典型产率 | 主要应用领域 |
|---|---|---|---|
| 亚胺键缩合 | 15-30min | 85-95% | 气体吸附、分离 |
| 席夫碱反应 | 5-15min | 75-90% | 药物合成 |
| 硼酸酯缩合 | 10-20min | 80-92% | 催化、储能 |
注：以上数据综合自近5年文献报道
| 参数 | 范围 | 典型值 |
|---|---|---|
| 温度 | 60-110℃ | 80℃ |
| 时间 | 6-30分钟 | 10-15分钟 |
| 功率 | 280-800W | 500W |
条件：280W，10分钟，产率94.1%
条件：无溶剂，硫酸二甲酯为甲基化试剂
微波合成的COFs通常具有较高的结晶度，XRD分析显示清晰的衍射峰。例如：微波合成的CeO2-SBA-16具有有序介孔结构，XRD显示特征衍射峰。
微波合成的COFs通常具有较高的比表面积。实例：微波合成的CeO2-SBA-16比表面积为322.8 m²/g，孔容为0.342 cm³/g。另一实例：MCM-41分子筛比表面积可达1000 m²/g以上。
SEM/TEM分析显示微波合成的COFs具有均匀的形貌。实例：微波合成的COFs纳米颗粒尺寸均匀，粒径分布窄。另一实例：微波合成的COF-VF@foam复合材料具有多孔结构。
微波合成的COFs通常具有良好的热稳定性和化学稳定性。实例：微波合成的MCM-41分子筛具有强的耐热及水热稳定性。
超疏水COFs表现出优异的油水分离性能。实例：COF@SSN涂层分离效率>99.5%，渗透通量达2.84×10⁵ L m⁻² h⁻¹。另一实例：COF-VF@foam复合材料吸附能力达自身重量的142倍。
某些COFs表现出优异的碘吸附能力。实例：JLNU-312 COF碘吸附量达4.67 g g⁻¹。另一实例：TGDM COF在150°C下碘吸附能力达30 wt%。
| 特性 | 微波合成 | 传统合成 |
|---|---|---|
| 反应时间 | 几分钟至几小时 | 几天 |
| 结晶度 | 高 | 中等 |
| 比表面积 | 较高 | 中等 |
| 形貌均匀性 | 好 | 一般 |
| 产率 | 高(可达90%) | 中等 |
60分钟完成
160秒完成
百克级生产
探索新型反应体系和多功能单体，拓展COFs的应用场景
利用机器学习预测最佳合成条件，提高产物质量和一致性
制定微波合成COFs的标准测试方法和质量控制规范
加强学术界和产业界合作，促进技术转化和专利保护
微波合成技术已展现出良好的工业化潜力，但在普适性、成本控制和产业化验证方面仍需突破。
微波合成的COFs具有结晶度高、比表面积大、形貌均匀等优点，在油水分离和碘吸附等领域表现出优异的性能。 与传统合成方法相比，微波合成具有反应时间短、产率高、能耗低等优势。
建议优先发展绿色合成工艺和低成本单体，同时加强应用场景开发，推动微波合成COFs技术的工业化应用。