本发明公开了一种非对称膜及其制备方法与在膜蒸馏海水淡化中的应用，制备方法包括：将聚多巴胺球与过渡金属盐分散于去离子水中，搅拌，干燥，碳化处理，得到石墨化碳球；将石墨化碳球分散于Nafion乙醇溶液中，得到石墨化碳球分散液；将石墨化碳球分散液沉积在基底膜上，得到石墨化碳球/基底复合膜；将石墨化碳球/基底复合膜悬浮于多巴胺自聚合溶液表面，得到非对称膜。本发明制备方法简单，成本低，疏水侧防止膜被浸润和污染，提高膜的长期服役性能，膜表面的石墨化碳球具有较高的光热转化效率，提高了跨膜温度，降低了海水淡化的能耗；亲水侧缩短水蒸气的传输距离，加速水的冷凝过程，消除温度极化效应，从而获得更高的渗透通量。