据联合国统计，仍有22亿人缺乏安全管理的饮用水——这意味着很多人要么步行数英里取水，要么花大价钱买瓶装水。为了满足需求，从加州到中东部分地区都建起了海水淡化厂，将海水转化为淡水，但这一过程成本高昂、能耗巨大，还会产生大量高浓度盐水。这些盐水排回海洋后，会提高盐度、消耗氧气，对海洋生态系统造成严重破坏。这就像解决一个问题却制造了另一个问题，只是更咸了。

罗彻斯特大学光学与物理学教授郭春雷领导的研究团队推出了一种太阳能海水淡化系统，避开了上述大部分麻烦。他们的方法发表在《光：科学与应用》期刊上，能高效生产淡水，无需化学预处理，而且关键是不产生盐水废物。相反，它几乎将所有溶解的盐以固体形式回收，这差不多是科学界最接近“既喝海水又喝淡水”的成果了。

该系统依赖于用飞秒激光处理过的黑色金属太阳能板。这种处理赋予了表面两种超能力：吸收几乎全部入射阳光，并且变得超亲水——几乎像脱水马拉松运动员一样爱水。激光图案化的活性区域将薄层海水引导到面板上。阳光蒸发水分，蒸馏成淡水，而溶解的盐和矿物质则被引导到未处理的被动区域，防止了通常堵塞低端海水淡化技术的积垢。

郭教授指出，许多太阳能热淡化系统在实验室测试中表现良好，但使用的是仅含水和氯化钠的简化海水。然而，真实海洋中含有镁和钙，它们结晶时会形成坚硬致密的外壳——类似于茶壶中的水垢，只是海水浓度更高。为了解决这个问题，团队在黑色金属表面设计了微观沟槽，鼓励盐分在积累之前从活性区域迁移出去，利用了“咖啡环效应”——就是咖啡洒后在你桌上留下烦人棕色环的同一现象。“如果你把咖啡滴在表面，最终水蒸发后会在外缘留下一个环，”郭解释道，“我们利用同样的原理将盐分推进到被动区域。”

当用太平洋、大西洋和印度洋的海水测试时，该表面能自我清洁，持续提取淡水，同时将盐分引导到被动区域，在那里可以收集而不损失性能。最大的好处之一是：回收的固体可能产生有价值的矿物，如锂——电动汽车电池的关键成分。在《材料化学杂志A》的相关研究中，郭和同事将钛酸氢纳米颗粒嵌入金属沟槽中，以选择性地从其他盐中分离锂。使用犹他州大盐湖的水，他们回收了残留盐中约50%的锂。“从地球开采锂已被证明在能源和环境方面非常费力，”郭说，“因此直接从盐水中提取锂可能是一条非常重要的未来途径。”

该技术仍处于概念验证阶段，但郭认为它可以显著扩大规模，可能增加清洁饮用水的获取，同时创造更可持续的关键矿物来源。这项研究得到了国家科学基金会、比尔及梅琳达·盖茨基金会和世界大学网络的支持。其他贡献者包括高级科学家Subash Singh、校友Ran Wei '24、博士生Luheng Tang和Tainshu Xu，以及光学研究所的Mingjiang Ma。