近日，天津市科学技术奖揭晓，天津大学化工学院三项项目获一等奖，2025年度天津市科学技术奖发布，天津大学化工学院三项重要科研成果上榜！，其中姜忠义教授团队领衔共同完成的“有机分子筛膜”项目荣获天津市科技进步奖一等奖。

如果让你把一杯盐水变成淡水，或者让废有机溶剂“焕然一新”，你能想到什么办法？

在现代化工分离领域，精馏技术始终是当之无愧的“王牌军”。一座座高耸的精馏塔，利用分子间沸点差异，在石化、制药等行业承担着重要的分离任务。随着高效填料的开发和热泵精馏、多效精馏等技术的应用，精馏过程的能耗水平也在持续降低——这一“老将”在新时代化学工业中正焕发新的活力。

但与此同时，另一条技术路线正在开辟全新可能：不用“烧锅炉”、不用反复蒸发冷凝，只靠一张薄膜，就让分子各行其道。

这正是天津大学化工学院姜忠义教授团队攻关的方向。近日，由天津大学、南开大学、天津大学浙江研究院共同完成的“有机分子筛膜”项目，凭借系列原创性成果获得天津市自然科学奖一等奖。

这一概念由姜忠义教授团队在国际上率先提出，标志着我国在高端膜材料这一关乎能源、水资源、环境安全的战略领域，正从长期“跟跑”迈向“领跑”。

给分子建一座“秩序井然的乐高筛网”

什么是“有机分子筛膜”？普通人或许很难理解这六个字背后的技术含金量。

我们可以这样想象：如果说传统的分离膜像一块棉布——虽然透气透水，但里面的纤维经纬杂乱无章，分子通过时磕磕绊绊、忽快忽慢；那么“有机分子筛膜”就像一张由精密机器编织的乐高筛网——可实现分子特异性识别，通过时秩序井然。

有机分子筛膜材料的典型代表，是一种名叫共价有机框架（COF）的有机晶态材料。

它由有机小分子单体通过共价键连接而成，既具备高分子材料丰富多样有机官能团；又像无机沸石分子筛那样，拥有发达且规整有序的孔道。这两者的结合，巧妙实现了“基因突变”，从而意味着有机分子筛膜可以像最精密的海关一样，对通过的分子进行“一对一”甄别。

然而，理想很丰满，现实却曾困难重重。晶态材料多为不熔、不溶的固体态粉末，难以加工成膜，如何进行有机分子筛膜温和可控的精密构筑成为膜领域公认的最大难题之一。

“有机材料结晶本就很难，结晶的同时还要生长成为无缺陷的薄膜，更是难上加难。”团队成员张润楠副教授解释道。

为解开这个“死结”，团队在国际上开创性地提出了相工程聚合、混合维度组装等平台方法，巧妙地调控COF的面内生长和层间堆叠，在温和条件下合成了已报道最大尺寸的高结晶度COF纳米片。

其可在多种溶剂中稳定分散，可通过真空抽滤、平板刮涂/喷涂等方式，让纳米片像乐高积木一样层层堆叠，形成均匀、无缺陷的分离膜，突破了晶态材料加工性、成膜性差的瓶颈问题。

成果受到各界广泛关注，被央视新闻、科技日报等主流媒体报道，并冲上微博热搜，访问量达3700万余次。

重新定义分离膜设计构筑的“中国方案”姜忠义团队此次突破的另一层深远意义，在于提出了一套 “刚柔相济、尺寸可控、活性适中、亲疏平衡” 的膜结构设计的十六字导则。这不仅是给研究者的科研“秘籍”，更是给人工智能（AI）看的“设计语言”。

“我们的终极目标是让AI设计膜。”姜忠义教授如此展望。当前，已报道的有机分子筛膜材料单体达数百种，形成的材料结构库数据量已超70万种，可实现膜材料模块化编辑和结构主动设计。目前团队已基于提出的导则设计制备了近百种有机分子筛膜材料。

未来，面对不同的分离需求，AI可以像搭积木一样自主设计最优膜结构，再由自动化设备精准合成。这将彻底颠覆分离膜领域沿用数十年的“试错法”研发范式。

让论文的“花” 结出实践的“果”

这份举重若轻的“膜”法背后，是姜忠义教授团队在该领域十余年的持续深耕。数据显示，团队在膜领域权威期刊《Journal of Membrane Science》上发表文章数量暂居国内第一、国际第二，在COF膜领域发表文章数量暂居国际首位。这些数据指向一个共同事实：中国学者在高端分离膜材料基础研究领域，已进入国际前沿梯队。

然而，技术再炫酷，走不出实验室也只能是“橱窗里的展品”。技术落地这一步面临着重重困难——受限于传统制备方法，COF材料合成单次产量多在毫克级至克级，文献中报道的COF膜面积多在平方厘米级，甚至仅如一元硬币大小，而工业膜组件的有效膜面积都在平米级，二者有着难以跨越的“鸿沟”。

“膜是薄的，格局是大的”

在科学研究之外，姜忠义的另一重身份是学生的领路人。天津大学2023年研究生毕业典礼上，作为教师代表发言时，他把自己长期思考、富含哲理的三个词分享给了即将远行的学子：格局、智慧、行动。

“希望同学们有天大的格局。心怀‘国之大者’，在奋进时代新征程上，展现天大人的新作为。”姜忠义说，“格局之大，大概可以用三个英文词来表达：Beyond、Behind、Broad——超越当下，回溯本源，胸怀广阔。”他将制膜的科学感悟融入育人——做膜要追求极致的薄，做人要有宏大的格局。

作为天津大学首届“求是研究生导师团队”负责人和天津大学杰出师友导师，他曾这样谈导师的责任：“对待学生要像对待自己的孩子一样，‘明心见性、君子不器’。”在学生们的印象里，这位在学术上极为严谨的教授，在生活上却“关怀备至，像父亲一样教导着每一位学生”。

从纳米级的微观孔道到支撑国民经济的工业主战场，从科研上的开拓创新到毕业典礼上的殷殷嘱托——这张看似轻薄的膜，承载着科技报国的厚重分量，也映照出一位科研工作者对后来者最深切的寄望。