近日，膜工程中心主任李先锋研究员团队在非溶剂诱导相分离（NIPS）制备聚合物多孔膜的理论研究领域取得新进展。

非溶剂诱导相分离是制备聚合物多孔膜的经典方法，已在工业制膜领域应用超过60年。然而，由于成膜过程中多种孔结构耦合生长，其成孔机理尚不完全明晰，成为制约多孔膜结构定向设计与性能精准调控的瓶颈。

针对这一问题，团队设计了新型流体观测装置，解耦了大孔洞（Macrovoids）和细胞状孔（Cellular pores）的形成过程，并系统阐明了两类孔结构的形成机理。研究发现，大孔洞的形成源于流体力学失稳机制，可通过调控非溶剂—聚合物溶液界面的流动几何特性实现大孔洞的生长或抑制。在此基础上，团队阐明了细胞状孔的热力学驱动本质，并建立了细胞状孔面密度与关键热力学参数之间的定量关联模型。在消除了大孔洞引发的传质干扰与空间不均匀性后，团队揭示了成膜动力学和非溶剂—溶剂互扩散过程的内在联系。

基于上述理论研究，团队设计出自支撑的超薄（2.7微米）聚合物多孔膜，并将其应用于全钒液流电池。在220 mA cm-2的电流密度下，该膜实现了大于80%的能量效率，性能优于商业化Nafion 212膜。该研究为相分离机理提供了新的认识，可为高性能膜材料的设计提供参考。

相关研究成果以“Extending the theory of classical nonsolvent induced phase separation to regulate membrane pores”为题，发表在《国家科学评论》（National Science Review）上。该工作的第一作者为博士研究生贾潮洋。上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院专项、辽宁省科学技术计划项目等项目的资助。（文/图 贾潮洋、鲁文静）