随着工业化进程和人类活动的加剧，水质污染问题日益严峻，有害污染物如染料、重金属及抗生素等导致水体质量急剧恶化。当前净水系统繁复且耗时，通常涉及物理过滤、化学凝聚以及脱盐等多个环节。传统的净水工艺中，物理过滤与化学反应往往被分离在不同阶段进行，难以实现多性能的有效协同提升。
    研究团队另辟蹊径，从大自然汲取灵感，深入研究了高达328英尺但直径仅约1.5米的道格拉斯冷杉。这种树木凭借其高效传输水分和养分至顶端的能力，在极端尺寸比例下保持强健生命力，其内部微观结构中的导管和纤维交错形成的双峰孔隙分布模式揭示了一种独特的流体传输和机械强度优化方案。
    基于这一自然界的智慧，研究者创新性地提出了一种超材料设计方法，利用晶格超材料的重叠策略构建具有双峰孔隙结构的微晶格单元，从而打破了传统周期性微晶格几何特性的固有约束。通过采用激光选区熔化（SLM）3D打印技术和电化学沉积工艺，成功制造出以316L不锈钢为基底、表面修饰钴（Co）/铁（Fe）催化剂的非周期性超材料结构，即“超材料催化剂”。
    该超材料催化剂不仅在微观层面显著提高了孔隙率和表面积，赋予其卓越的机械强度和高通量传质能力，而且通过集成高效的Co/SS催化剂，实现了对水处理过程中污染物的高度催化降解效能。相较于传统的多过程净水系统，新型超材料催化剂展现出了更高的效率、更低的成本和更好的可扩展性。
    研究成果发表于顶尖期刊《Nature Communications》上，通讯包括吕坚院士（香港城市大学）、宋波教授（华中科技大学）和姚永刚教授（华中科技大学）。张磊博士和刘瀚文博士生作为共同第一，参与并主导了此项研究工作。
    实验数据显示，该木材启发的超材料催化剂在净化水中表现出非凡的稳定性和耐用性，能够在不同的环境条件下有效去除污染物，并展现出广泛的应用潜力，从小型医疗支架到大型水管，甚至未来可能拓展至更多结构-功能一体化应用领域。这一突破性成果有望引领新一代高效、稳健且具备高通量净化能力的水处理技术，取代现有传统水净化系统，并在流动催化等相关领域带来革命性变革。