伴随着人口迅速增长和日益严重的水污染问题，如何缓解水资源短缺压力、有效处理废水已成为全球亟需解决的问题。人们发展了诸多水处理技术 ，以缓解这些问题，如反式渗透膜、超滤膜技术等。然而目前对于处理高浓盐水（大于7%盐度）或者污水依旧未有高效廉价的方法。对于被广泛使用的膜处理技术，高浓盐水、污水的处理过程对膜的损伤极大；浓缩/结晶法需消耗大量能量。因此寻找新的高效、稳定、廉价的处理高浓海水、污水的方法是当前备受关注的议题之一。近几年来，界面太阳能蒸汽技术由于其低碳环保，无需额外能量输入等特点给海水淡化、污水处理提供了新的可能。然而，在处理高浓盐水、污水过程中，器件结盐结垢问题严重，这会严重遮挡太阳光的吸收、阻碍水的充足供应，使得光热转化效率衰减迅速，甚至导致器件的失效。

针对这一问题，朱嘉教授课题组受睡莲叶片结构启发，设计了一种多级结构（Water-lily-inspired Hierarchical Structure, WHS）的光热-蒸汽转化器件，在处理10 wt%的高浓盐水和30 wt%的污水时，可实现80%的光热转化效率。更值得一提的是，在处理高浓盐水和污水直至蒸发完全（即“零排放”）的过程中，光热转化效率并未出现明显的下降，且表面依旧可以保持洁净。该工作以《A Water-lily-inspired Hierarchical Design for Stable and Efficient Solar Evaporation of High Salinity Brine》为题发表在Science Advances上 (DOI: 10.1126/sciadv.aaw7013) 。

如图1A, B所见，自然界中的睡莲叶片有着十分有趣的结构。首先叶片的表面可以吸收太阳光，且其上分布着充足的用来逸散蒸汽的气孔。同时它的表面是疏水的，能够有效的自清洁。其次，睡莲叶片内部由许多空心腔室，使得整个叶片可以自然的漂浮于水面之上。最后，睡莲叶片和细长的根茎相连，可以通过根茎给整个叶片提供充足的水供应。

图1. 受睡莲叶启发的多级结构（WHS）器件设计图。A和B分别是睡莲叶和WHS器件的示意图。它们有着共同的特点：疏水上表层吸收太阳光，并为蒸汽逸散提供气孔；叶片内的气体腔室可以提供更大浮力让叶片漂浮；根茎可以提供局域的水通道，减少传导热损失。C展示了薄层水夹于吸收体和底座之间的微米级示意图。D图展示了吸收体上的纳米结构对于光吸收的影响。E图展示了吸收体表面分子链尺度的修饰，使样品表面疏水。

研究团队设计的WHS器件包括了一个顶部的太阳光吸收体和一个底座，它们和睡莲叶片有着相似的特性（图1B）。如图1C所示，顶部的吸收体和睡莲叶的表面一般，具有丰富的微米孔道结构，像人工“气孔”一般，给蒸汽提供有效逸散的孔道。吸收体表面有许多纳米级的突起（图1D），可以有效地捕获太阳光，同时也为表面的疏水特性提供结构基础 (1E)。仿照叶片内的腔室结构，研究者在泡沫铜下方安装了一个带孔道的聚苯乙烯底座，使得整个装置可以漂浮在水上。聚苯乙烯底座具有很低的热导（