MOF膜新突破！港科大（廣州）周勝團隊科研成果見刊Nature
2025年的諾貝爾化學獎頒給了首創金屬有機骨架（Metal–Organic Frameworks, MOFs）的三位科學家。瑞典皇家科學院用一句富有詩意的頒獎詞總結了獲獎者的貢獻：「他們為化學創造了新空間。」
全世界都在談論在這塊「新空間」里，氣體分離、碳捕集、儲能等領域將會如何被顛覆，一個個令人興奮的應用場景被反覆描繪。但同時大家也要面對一個困難的現實：金屬有機骨架在它最被寄予厚望的膜分離領域，還依舊未走出實驗室。顯微鏡下，它的性能足夠驚艷，可一旦想把技術放進工廠流水線，各種難題就不斷湧現。
純MOF膜，困在「高性能但做不大」的死胡同；加了聚合物的混合基質膜，困在「做大了但性能平庸」的矮房子。兩條路，兩堵牆。
直到一張紫色薄膜，從香港科技大學（廣州）的實驗室的檯面上被研發出來——柔軟、輕薄，看上去與普通塑料膜別無二致，卻以接近純MOF的結構實現了卓越分離性能，以超低聚合物含量駕馭了材料加工性和柔韌性，並在成熟工業製造體系下得到驗證，實現連續化放大生產。這項工作是由港科大（廣州）功能樞紐可持續能源與環境學域助理教授周勝和他的博士生宋詩政完成的。
7月15日，該項研究成果以「Scalable quasi-pure MOF membranes for energy-efficient gas separations」（用於節能氣體分離的可放大准純MOF膜）為題，發表在國際頂級學術期刊《自然》（Nature）上。
而這一切的起點，源於一次試劑誤拿。從那一刻，到論文見刊，經歷了790天。
港科大（廣州）周勝團隊在國際頂尖期刊《自然》（Nature）上發表最新研究成果。
港科大（廣州）功能樞紐可持續能源與環境學域周勝為論文共同通訊作者，港科大（廣州）博士研究生宋詩政為論文第一作者，參與此項研究的共同作者還有港科大（廣州）博士研究生劉志浩、劉碩、溫賀。
其他參與該研究的包括法國蒙彼利埃大學Guillaume Maurin、華南理工大學韓宇、清華大學王海輝以及阿卜杜拉國王科技大學Mohamed Eddaoudi教授及各自團隊。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10655-9
一次偶然的「失誤」，為何成了最好的安排？
研究的起源，要追溯到2024年5月，當時港科大（廣州）可持續能源與環境學域博士生宋詩政，正在紅鳥材料製備實驗室里嘗試復現ZIF-67納米片的合成。
操作台上，試劑瓶整齊排列。按照既定配方，他需要加入一種縮寫為SDS的表面活性劑，這是他為實驗準備的關鍵組分。他伸手拿起一瓶，合成照常推進，紫色粉末在瓶底緩緩沉出，肉眼看去毫無異常。
直到結構表徵的數據出來。
「晶面取向不對。」宋詩政愣了一下。數據跟預期完全不同，但又不是失敗。它呈現出一種完全不同的（110）晶面取向結構。
反覆核查實驗記錄，一步步復盤，他才發現問題所在：那天他拿在手上的，不是SDS，而是SDBS——一瓶名字縮寫僅一字之差、分子結構卻完全不同的化學品。
彼時，周勝正在出差的高鐵上。手機震動了一下，他打開宋詩政發來的信息，第一反應不是生氣，而是回復：「這是一個非常有意思的現象，搞明白怎麼回事。」
「我們做這個方向，你得允許犯錯。」周勝說得很平靜。在他看來，科研中的「意外」從不新鮮，關鍵是態度：「很多諾貝爾獎的起因都是一個小失誤。我們可以接受失敗，但一定要知道怎麼失敗的，把每一個環節都弄清楚。」
不到兩周，宋詩政完成了對照驗證。結果令團隊振奮：進一步研究發現，這次「意外」產生的（110）晶面取向結構所形成的篩分窗口尺寸，恰好適用於丙烯/丙烷體系的分子篩分。這一幾乎讓所有氣體分離研究者頭疼的體系，正是團隊夢寐以求的結構。翻遍此前文獻，尚無直接合成（110）取向ZIF-67納米片的相關研究。
直到今天，宋詩政仍然清晰記得當時的心情：「一方面有點自我懷疑，我做了那麼多年實驗，從來沒加錯過；另一方面也覺得特別意外，這個材料太神奇了。」
一次誤拿試劑，一次不肯「稀里糊塗扔掉」的追問，把一扇原本緊閉的門推開了一道縫。而門後面的風景，遠比任何人想像的都要遼闊。
百米精餾塔，被「壓縮」成一張薄膜
這次偶然得來的納米片，想要取代的，是石化行業近百年來的最重要的巨型設備——精餾塔。石油中蘊含的許多工業氣體，如丙烯和丙烷，分子尺寸差異極小，一個世紀以來，都只能靠低溫精餾反覆冷凝蒸發來分離，但這樣做的代價驚人——全球化工行業近一半的能耗都砸在這裡，目前國內石化行業的核心精餾設備還長期依賴進口。
使用MOF膜被公認是最有潛力取代低溫精餾的下一代技術：能耗低、過程簡單、體積小，但需要突破規模化製備的難題。
周勝團隊找到了解法，通過一種「融合相」策略。先把MOF做成極薄的納米片——正是那次試劑誤拿意外得到的（110）取向結構，然後在每個納米片的表面塗上一層超薄的聚合物「外衣」，這層外衣像肌肉附着在骨骼上，緊緊貼合。這層聚合物不多不少，剛好當「膠水」，讓整張膜既有高性能晶體的分離本領，又具備了柔韌性和可加工性。
經過不斷的實驗攻關，2025年9月，團隊在深圳的產業合作夥伴工廠里，用現成的卷對卷生產線，把90%濃度的MOF膜從實驗室「小方塊」變成了20米長、20厘米寬的連續膜卷——這在該領域是頭一次。
更關鍵的是之後測試的數據：用這張工業制膜連續運轉150天，分離的丙烯純度始終保持在99.5%以上，達到聚合級標準。成本測算顯示，比傳統低溫精餾，新方法有望把丙烯提純成本砍掉約八成。
不僅如此，這條路徑已驗證可複製到多種材料體系，在乙烯/乙烷分離、二氧化碳捕集、氫氣純化等場景都表現優異。它不只是一張膜，而是一套「用現有工廠設備就能造出來」的顛覆性技術。
Nature審稿人這樣評價周勝團隊的發現：學術界和工業界都在熱切等待它的部署，以大幅降低工業分離過程的能耗。
那一座座從第一次工業革命時期就出現的，高達百米的「能耗怪獸」精餾塔，或許真能被「壓縮」成一張張薄膜。
從傳奇師兄到導師，還有那間從零搭起的實驗室
宋詩政是周勝課題組最早的一批學生之一。他們是碩士階段的同門師兄弟，「我讀研的時候，組裡到處都是周勝老師的傳說。」聽着這些傳奇故事，宋詩政完成了碩士學業，在看到周勝在朋友圈發佈的「招生簡章」時，他幾乎沒有猶豫就選擇來到了港科大（廣州）。
周勝和宋詩政都是在2023年加入的港科大（廣州），彼時大學剛剛創校1年。從實驗台、氣相色譜到氣路系統、氣瓶櫃，實驗室里幾乎每一件設備、每一條管線都要從零規劃、逐步搭建。周勝和宋詩政帶着一股敢想敢拼的創業精神，同步並行，推進着課題研究與實驗室建設。
這和周勝此前讀博的經歷也有些類似，因為研究的方向非常前沿，許多設備都要重新購置和調試，但正是這樣「從零手搓」的經驗，會讓後續的實驗更加順利。「你經歷過這段過程，將來一定會感謝它。「周勝這樣勉勵宋詩政。
「你可以做慢一點，但每一步都要知道自己在做什麼、為什麼這麼做。」這是周勝經常掛在嘴邊的一句話。
在課題組中，周勝更像一名「引路人」：不設考勤、不要求打卡，給予學生充分的科研自主權和實驗設計自由度。但在研究的關鍵節點上，當學生遇到瓶頸或陷入困惑時，他總能耐心陪伴學生梳理思路、復盤實驗過程，並給出精準而具有啟發性的建議，幫助學生逐步完善科研邏輯。
他常說，做科研不是一味地埋頭向前沖，而是在不斷探索的過程中持續審視和思考。每走一步，都需要回頭確認自己的假設是否成立、邏輯是否嚴密、方向是否正確。只有建立在紮實思考基礎上的探索，才能真正走得更遠。
而宋詩政也不是那種需要被推着走的學生。他話不多，但手上功夫紮實，實驗記錄寫得一絲不苟。恰好是這個實驗習慣，讓他能夠在試劑混淆的那次實驗里，快速回溯到每一個操作步驟，並找到問題的根源。「他做事情很穩，」周勝這樣評價自己的學生，「你交給他一件事，不用反覆盯着，他會自己把閉環走完。」
師生之間的默契，是在那些沒有里程碑的日子裏慢慢攢起來的。一起等設備調試到深夜，一起對着莫名其妙的數據皺眉頭，一起在辦公室邊吃着外賣邊討論下一步該往哪走。這種亦師亦友、平等求真的氛圍，使得課題在兩年內保持了驚人的推進效率。從意外發現，到被Nature接收，僅用兩年時間，這在競爭激烈的MOF膜領域，堪稱迅速。
但對周勝和宋詩政而言，這才只是開始。「文章只是前期一個小小的成果。真正把它應用落地，才是我們追求的目標。」
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「2025年，三位科學家因為MOFs榮獲諾貝爾化學獎。然而，它作為工業分離膜的應用，目前還是零。」周勝停頓了一下，「我是這麼跟詩政說的——之前合成氨技術拿過兩次諾貝爾獎：第一次，是發現反應本身；第二次，是把它搬進了工廠，實現工業化生產。」
第一次是從0到1，第二次是從1到100。0到1是發現，1到100是兌現。大多數研究停在0到1。因為1到100費時費力，不好發論文，不好算成果。
但總要有人去做。
港科大（廣州）從建校第一天起，選的就是這條路：讓實驗室的成果走進工廠，產生社會影響，而不是停在論文里。周勝和宋詩政選擇了這條路，而這篇剛剛發表的論文，只是這條路的起點。
