共价有机框架材料（Covalent Organic Frameworks,COFs）是一类由共价键链接而成的新型晶态有机多孔材料。COFs材料因具有规整有序的孔道结构、大的比表面积以及易于功能化等优点而引起了广泛的研究兴趣。虽然这类材料在气体吸附和分离、催化、光电器件以及荧光探针等领域表现出了巨大的潜在应用价值,但目前关于功能化COFs材料的报道还比较有限,尤其在催化和离子交换等领域的报道更为少见。吡啶基团是一种非常重要的氮杂环,其在功能化分子和材料的设计构建中扮演着重要的角色。因此,本论文的主要内容就是以不同的连接方式将吡啶基团引入到不同结构的COFs骨架中,并结合吡啶功能化的COFs材料的特性开展了相关的应用研究。在本论文的第一章,我们综述了本论文的相关研究背景。首先主要介绍了COFs材料的产生、发展以及研究现状,然后介绍了吡啶基团的基本性质及其在功能化结构设计中的应用。在本论文的第三章,我们采用含有吡啶单元的直线型前体和具有四面体构型的结构性前体,成功地构筑了一例具有金刚石拓扑结构（dia-c9）的3D COF材料（LZU-301）。LZU-301具有客体分子响应的柔性可变结构。研究结果表明,LZU-301在客体分子存在和去除时能够发生晶型结构的转变。我们通过粉末X-射线衍射、溶剂吸脱附测试以及¹²⁹Xe NMR等手段表征和考察了这种柔性的可变晶型结构。而且,吡啶功能化的LZU-301材料对CO₂气体具有较强的吸附和分离能力。在本论文的第四章,基于3D的LZU-301材料,我们实现了COFs在择形催化中的应用。作为Lewis碱催化活性位点,LZU-301骨架中的吡啶基团可以催化芳香醛和丙二腈的Knoevenagel缩合反应。同时,LZU-301规整有序的一维直通孔道,可以根据尺寸大小对底物进行筛分,因而LZU-301在催化过程中表现出了显著的择形性。通过多组分控制反应,我们发现LZU-301在催化过程中能够表现出类似于分子筛的“次级择形催化”特性。而且,我们还构建了与LZU-301活性位点类似的一维无孔材料（LZU-1D）,通过催化活性的对比,进一步验证了LZU-301的孔道限阈效应。在本论文的第五章,基于含有吡啶单元的二胺单体,我们合成了β-酮烯胺连接方式的COF材料（LZU-28）。由于具有很好的化学稳定性,LZU-28可以进行甲基化和质子化修饰,并分别得到了LZU-28-Me和LZU-28-H材料。离子化后的COF材料具有正电性骨架,并且孔道中含有大量阴离子,因此具有潜在的离子交换性能。我们利用这一特性实现了COFs对阴离子色素分子的吸附。实验结果表明,经过离子化修饰的COF材料对阴离子色素分子具有很强的吸附能力和很高的选择性。在本论文的第六章,我们基于吡啶单元设计合成了两种二甲缩醛单体,并发展了直接由二甲缩醛和胺来构建–C=N–连接方式COFs的新策略。利用这种新方法成功地合成了三例新的–C=N–连接的COFs材料（亚胺键连接的LZU-20,酰腙键连接的LZU-21和联氮键连接的LZU-22）。这几种COFs材料均表现出较高的结晶性和较好的热稳定性。与传统合成方法中使用的醛基单体相比,二甲缩醛单体具有更高的稳定性和更好的溶解性。因此,这种方法能够进一步拓展COFs材料的单体范围,并为功能化导向COFs材料的设计合成提供了一种新途径。