在资源约束加剧与环境污染治理需求升级的双重驱动下,高性能膜材料作为物质分离与能量转化的核心载体,正成为支撑清洁能源、水安全、碳中和等全球战略的关键技术。从海水淡化到气体分离,从锂离子电池隔膜到人工器官界面,膜材料的性能突破直接决定了相关领域的工艺极限与应用边界。本期专题期刊聚焦高性能膜材料的创新前沿,旨在为学术界与产业界搭建跨学科交流平台,探索材料科学与工程技术的融合路径。
当前,高性能膜材料的研究正经历从结构调控到功能集成的范式转变。在水处理领域,纳滤膜通过孔径精准调控与表面电荷修饰,实现了对微量污染物的高效截留;反渗透膜的抗污染设计与低能耗化改性,则推动了海水淡化技术的规模化应用。在能源领域,固态电解质膜凭借其高离子选择性与热稳定性,为锂金属电池的商业化提供了安全保障;质子交换膜的质子传导机制优化与耐久性提升,成为燃料电池性能突破的关键。此外,二维材料(如石墨烯、MXene)的层间通道工程、MOFs/COFs的孔道功能化修饰,以及仿生膜的智能响应设计,正开辟着分子筛分与物质传输的新纪元。
然而,高性能膜材料的产业化仍面临多重挑战。如何通过分子模拟与机器学习加速膜材料的理性设计?如何解决聚合物膜的“trade-off”效应(渗透性与选择性矛盾)?如何实现无机膜的柔性加工与缺陷控制?这些问题已成为当前研究的焦点。
本专题期刊汇聚了国内膜材料领域的最新成果,涵盖膜材料开发、分离机制解析、环境应用等方向。希望通过交流碰撞,揭示膜材料性能优化的深层机理,探索从实验室到工业化的转化路径,为构建资源节约型与环境友好型社会提供关键材料支撑。