能源危机和环境污染是如今社会面临的两大问题,已经影响了经济的发展。太阳能是一种取之不尽用之不竭的可再生能源,如何高效利用太阳能已成为许多领域的研究热点。共价有机框架材料（Covalent Organic Frameworks）作为一种新型有机多孔材料具有易于修饰改性和功能化、大的比表面积及孔隙、高的热化学稳定性、低的骨架密度、永久开放的孔道结构、合成策略多样化等独特优势。由于其独特的优势,该材料在催化技术、气体分离及储存、光电材料、环境与能源等领域受到了科研工作者们的广泛关注。COFs材料在合成过程中具有多样性、可设计性、可调控性等,这使得从原子层次上对COFs结构进行精准调控并进一步研究其在应用中的构效关系成为可能。这对于微观层次理解相关作用机理具有重要意义。本文主要通过对芘基COFs进行精准调控,设计合成了三例COFs材料（PY-DHBD-COF、PY-2,2’-BPY-COFF、PY-3,3’-BPY-COF）,并研究 了这三例材料在太阳光催化制氢和空气水捕获领域应用中的构效关系。主要研究分为以下两个内容:在第二章中,我们设计并合成出了一种新的晶体二维共价有机框架（PY-DHBD-COF）用于光催化析氢。COF骨架上的O和N位点是助催化剂Pt的初始结合位点,在原位光沉积过程中,Pt物种以单原子尺寸沉积到COF材料的螯合位点上。负载助催化剂的COFs材料展现出71 160 μmol g-1 h-1的超高光催化析氢活性。据我们所知,这也是目前为止所报道的光催化产氢活性最高的材料。这项工作为建立光催化中助催化剂沉积的微环境提供了新的策略。在第三章中,我们合成了两种高结晶性的框架材料（PY-2,2’-BPY-COFF及PY-3,3’-BPY-COF）来探索COFs空气水捕获的性能。结果表明PY-2,2’-BPY-COFF及PY-3,3’-BPY-COF的最大饱和吸附量分别高达0.91 g g-1和1.27 g g-1。我们在相对湿度为80%RH及温度为25℃时模拟了COFs材料从空气中捕获水的能力,当吸附饱和后我们用一个太阳光强度的光照进行水脱附实验的探究。在6次循环后捕获水的速率、捕获水的量及脱附水的速率均没有下降。这表明将这两例材料应用海洋作业中淡水资源的获取领域,在不需要额外的能量输入时就可获取大量的淡水资源。本工作实现了太阳能的高效利用,为海洋作业中淡水资源的获取提供了新的途径。