面向能源-水协同可持续发展重大需求，压力驱动分离膜已成为低碳水处理体系的核心支撑技术。但在长期运行中，膜界面污染、通量衰减、再生困难等关键问题始终制约工业化应用，传统疏水聚合物膜易受油污吸附封堵，离线清洗能耗高、药剂损耗大，难以满足复杂废水处理的严苛标准。

  针对上述难题，哈尔滨工业大学邵路教授团队受自然界荷叶自清洁效应启发，开发出仿生荷叶富氧空位催化自清洁膜（图1），通过界面仿生工程与可控矿化技术，将普通疏水聚合物膜精准转化为兼具超亲水、水下超疏油与催化清洁功能的高性能分离膜，为高效水处理膜材料的设计与工程化应用提供了全新方案。

  2026年4月21日，相关研究成果以“荷叶仿生富氧空位催化清洁膜用于高效水净化”（Lotus-leaf-mimetic catalytic cleaning membranes with enriched oxygen vacancies for efficient water purification）为题发表在Nature Communications。

图1、仿生界面设计抗污染分离膜合成示意图

  团队以HHTP-Co金属有机中间体为介导，在聚合物膜表面实现二氧化锰定向可控矿化，构建出具有树莓状微纳多级结构的仿生膜。该膜表面形成类荷叶的纳微水囊动态阻隔层，同时异相矿化过程中产生丰富氧空位，赋予膜高效催化产生活性氧物种的能力。系统表征显示，改性后膜材料杨氏模量提升4.2倍，水下油黏附功大幅下降，从结构根源抑制污染物黏附累积。研究提出抗污染品质评估模型，对膜分离过程进行定量评价。结果表明，所制备膜的抗污染品质因子提升24.8倍，在长周期运行与酸碱盐等复杂环境下仍保持优异稳定性。密度泛函理论（DFT）模拟计算揭示，HHTP与Co2?、Mn2?存在强配位相互作用，电子云重排形成富电子钟形结构与缺电子金属中心（图2），精准调控界面成核与矿化过程，从分子层面阐明结构–性能构效关系。

图2、密度泛函理论计算图

  哈工大杨晓彬副教授为论文第一作者，邵路教授、南非大学Bhekie B. Mamba院士、香港科技大学Alicia Kyoungjin An教授为论文共同通讯作者，哈工大环境学院马军院士，哈工大化工与化学学院在读博士研究生包鸿飞、王浩洋、李阳雪，在读硕士生高润靓、王欣雨参与相关研究工作。本工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、城市水资源与水环境国家重点实验室自主课题等项目资助。

  论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-72088-2

  邵路教授主页：http://homepage.hit.edu.cn/shaolu?lang=zh

  杨晓彬副教授主页：https://homepage.hit.edu.cn/YangXiaobin

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