一张“离子膜”，如何影响世界？近日，中国科学院深圳先进技术研究院研发的“二维垂直亚纳米通道膜技术”荣获全国颠覆性技术创新大赛优胜奖。该技术通过构筑颠覆性的“二维垂直亚纳米”通道结构，破解了膜法离子分离领域长期存在的“选择性”与“通量”不可兼得的国际难题。

在能源、环境、水资源等领域，离子分离膜是决定装备“性能上限”和“成本下限”的“芯片”。然而，传统离子膜因其亚纳米通道难以精准构筑，导致膜材料长期面临一个难以逾越的瓶颈：选择性与通量难以兼得。膜材料要实现精确筛分，就得牺牲传质速率；想要快速传质，就难以保证筛分精度。

从“0”到“1”的原始创新，是破解膜材料领域“高选择性与高通量无法兼得”这一国际难题的有效路径。

中国科学院深圳先进技术研究院成会明、丁宝福、罗杰及团队成员聚焦“高选择性兼高通量膜材料”这一科技制高点和产业高地，在深圳先进院国际上原创大面积构筑“二维垂直亚纳米通道膜”的颠覆性膜结构。团队4年磨一剑，实现了“狭缝式”二维垂直亚纳米通道的有序组装和突破了相关通道构筑的理论、技术、材料、工艺难点，相关技术连续在2024年及2025年两获得京津冀国家技术创新中心组织的颠覆性技术大赛优胜奖，并与近期联合中煤（深圳）研究院有限公司获得国家重点研发计划-颠覆性技术创新专项的支持，也是深圳先进院首个获批的颠覆性技术创新专项项目。

这种基膜的突破，还有利支撑了多种含水处理膜、储能用离子膜等功能膜的性能瓶颈的突破，并在2025年度内，连续获得了中国科学院抢占科技制高点攻坚计划子课题、深圳市科技重大专项等重要纵向项目的支持，凸显了其巨大的创新潜力与产业价值。

“二维垂直亚纳米通道膜”技术的颠覆性，始于对膜材料最根本“原理”、“结构”、“工艺”的重构。

结构颠覆：从“曲折小路”到“垂直高速”

传统分离膜内的通道如同蜿蜒曲折的乡间小路，路径长、宽窄不一，导致分子、离子通行效率低且筛分不精准。

研究团队首创了大面积构筑“二维垂直亚纳米通道膜”这一颠覆传统膜通道结构的构筑策略。团队创制的膜材料内，具备尺寸精准可控、尺寸均一、笔直垂直的二维纳米通道，为目标物质修建了足够“宽阔”的“垂直高速公路”。

这项技术能够在 0.4到1.0纳米（约等于头发丝的五万分之一）的范围内，实现对通道尺寸的任意、均一且垂直取向的精准调控，从而能精准、快速地区分任意两种亚纳米尺寸的离子或分子。

技术颠覆：从“分子为中心”到“有序畴为中心”的范式革命

为了构筑“二维垂直纳米通道”这一全新的膜结构，团队摒弃了传统 “以分子为中心”的膜材料研发思路和制备工艺，发明了 “以畴基元为中心”的全新制膜技术。这如同从用“无序的砂砾”建房，升级为用“制式规则的砖块”建房，为“跨膜取向二维通道的构筑”奠定的结构学和材料学基础，实现了膜材料研制范式的革新。该技术具备极强的普适性，可适配不同分子结构、化学属性的制膜原料，为针对不同应用场景开发高性能膜材料带来了无限可能。

性能颠覆：抢占膜材料性能、技术制高点

凭借革命性的结构设计与制备技术，“二维垂直纳米通道膜”在多项关键性能指标上实现了颠覆性突破，全面刷新现有纪录：能源领域：相比进口膜材，质子传导率提升1倍以上，阴离子传导率提升4倍，提升了液流电池、电解水制氢等效率。资源提取领域：用于盐湖提锂时，水通量提升5倍，为绿色、高效获取锂资源提供了高效方案。水处理领域：正渗透海水淡化水通量提升1个数量级，率先实现了无需外加压力的家用净水，节能潜力巨大。

产业颠覆：专利布局完善，宏量化路线可行

一项真正的颠覆性技术，在于其能否形成从基础研究到产业应用的完整闭环。团队正在朝着这一目标前进：

团队已形成完备的研发体系，建立了涵盖“膜理论模拟、材料学、传质学、工程放大、器件开发、应用示范”的完备研发体系和队伍。专利壁垒坚实，围绕核心技术，已申请专利14项，已授权5项，PCT专利2项，形成了坚实的知识产权壁垒。产学研高频联动，技术已成功研发卷对卷制备装备，完成了米级原型膜样品制造，并与多家行业领军企业、研究所签订合作开发与应用示范协议，持续推进产业化步伐。

“二维垂直纳米通道”颠覆性膜技术，是深圳先进院坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场的生动体现。这项从“0”到“1”的原始创新，不仅为基础科学贡献了新的方向，更以其颠覆性的技术特点，为能源、环境、资源提取等众多关键领域带来了变革性的解决方案。从实验室的原创概念，到大赛的脱颖而出，再到国家重大专项的认可与支持，这条清晰的路径标志着“二维垂直纳米通道膜”技术正加速从实验室走向产业化，有望在未来为解决国家重大需求、推动产业升级贡献“先进院力量”。

建立“二维材料液晶”新方向，原创“二维垂直亚纳米通道膜”结构

两获“全国颠覆性技术创新大赛优胜奖”及系统化专利布局