利用全球每年大量排放的废水/海水制氢，有望同时缓解淡水消耗、废水处理难题，并可回收盐资源。除电解外，活性化学物质水解也是一种有前景的制氢方式，其优势包括可使用非贵金属催化剂、操作灵活、适合储能与按需产氢等。常用活性物质如镁、铝、硼氢化钠等，但其反应往往依赖催化剂或纳米材料，且后续产物分离与化学再生能耗较大。

锌作为一种绿色活性介质，因能在水溶液中再生、电化学电位适宜、理论容量高且钝化倾向低，展现出良好的应用潜力。发展可循环再生的反应载体并避免复杂的盐分离过程，是推动水解制氢走向零碳的关键。

空间隔离反应器设计实现产物自动分离：采用镍网物理隔离的反应器结构，使锌仅与蒸汽反应而非液态水，实现了气态氢、固态氧化锌与盐类的原位自动分离，避免了传统金属水解中复杂的产物分离问题。

海水/废水直接作为氢源与盐资源回收：首次提出利用海水或废水直接作为氢源，不仅避免了电解水对超纯水的依赖，还可在反应中回收高纯度无机盐（如海盐、Na₂SO₄、NaNO₃），实现了水资源与盐资源的双重利用。

有机物降解与高值化学品合成一体化：系统利用原位生成的氢气，在镍基催化剂作用下实现有机污染物（如苯酚）的高效氢化降解（>96.9%），并将其转化为环己醇、环己烷等高值化学品，耦合了废水处理与化工原料生产。

闭环锌循环与系统可扩展性验证：过电化学还原氧化锌回锌的法拉第效率达99.3%，实现了锌介质的闭环再生。研究还成功构建了72 Ah电解槽与1000 mL高压反应器的放大系统，验证了技术的规模化可行性，并结合生命周期评估证明其低碳排放与低能耗优势。

图1.利用锌驱动的水解法从海水/废水中制取氢气和盐。a) 传统的金属水解需要复杂的盐和氧化物分离，以及高能耗的再生过程。b) 在我们的方案中，锌作为反应介质存在于密封反应器中，可按需水解生成氢气。c) 生成的氧化锌随后在电解槽中再生，并循环利用

图2.Zn- H₂O水解反应的表征。a) 基于热力学信息的设计图，通过考虑在250℃、1 atm下具有稳定氧化物态的金属的还原性（ΔG_metal−ΔG_H2），简化了分析。b) Zn- H₂O反应在0至400℃温度范围内的热力学图。c) 水解反应器的示意图。d) 在不同温度、时间和Zn/H₂O质量比下，Zn转化为ZnO的转化率。e) 各种反应物和产物的XRD图谱及照片。f)旨在生成1 kg H₂的Zn-H₂O反应中各反应物的能量分布图。g)通过Zn-H₂O法制备H₂的纯度结果

图3.锌球氧化过程中的形貌演变及反应机理。a–f) 扫描电镜图像展示了锌球的逐步氧化阶段及其相应的示意图。g) 蒸发海盐的扫描电镜图像。h) 氧化锌球的透射电镜图像（插图：高分辨透射电镜图像显示晶格条纹）。i) 放大后的透射电镜图像（插图：粒径分布）。j) 高压蒸汽下锌水解的反应机理示意图。k) 从核到外表面采集的氧化锌球的拉曼光谱

图4.1wt%苯酚废水的有机物去除。a) 苯酚水解和加氢反应示意图。b) 反应产物的总离子流色谱图。c–d) 水解反应1小时和3小时后各产物的浓度

图5.在放大制氢装置中再生和再利用锌。a) 锌电沉积示意图。b) 将电解锌装入反应器。c) 反应后，锌转化为氧化锌，同时生成氢气和海水衍生盐。d) 反应前后（250 °C，3小时）电解锌的XRD图谱；插图为光学图像。e) 七个循环中电解锌的保留率和水解效率。f) 带有两块阳极的放大锌电沉积池。g) 1000 mL不锈钢高压水解反应器。h) 锌电沉积过程中的时间-电流曲线；插图显示沉积锌的正面和侧面视图。i) 水解前后反应器内部的光学图像

图6.绿色制氢方法的生命周期比较评估。a) 传统制氢工艺流程图，包括碱性电解槽(ALK)、阴离子交换膜(AEM)、质子交换膜(PEM)和固体氧化物电解池(SOEC)电解制氢，以及钢瓶储氢。b) 锌-水(Zn-H₂O)方案，利用金属锌储存可再生能源，实现按需制氢和通过水解回收废热。c) 制氢路线的终点环境影响评估。d) 五种方案生产1 kg氢气的环境影响。e )风力发电条件下锌-水(Zn-H₂O)方案的贡献分析

这些研究开发了一种电化学驱动的锌水解方法，用于从海水/废水中获取氢气、盐类和氧气_，从而绕过了传统水电解槽（以纯水为原料）的复杂要求。同时，废水中的有机酚被降解（去除率>96.9%）为环己醇和环己烷，证明了该方法处理有机废物的能力。采用空间隔离式反应器实现了气体、顶部固体氧化锌和底部盐类等产物的自动分离。更新的锌/蒸汽界面确保了封闭反应器中锌的高利用率。水解后，生成的氧化锌无需膜或贵金属催化剂即可电化学转化为锌和氧气，法拉第效率高达99.3%。大型电解槽（72 Ah）和水解反应器（1000 mL）展现了其广阔的实际应用前景。生命周期评价结果表明，锌-水体系具有碳排放低、能耗低、环境效益高等优点。更广泛地说，锌驱动的海水/废水分离策略将储能与资源利用相结合，具有双重优势，有助于我们将可再生能源应用于海水/废水的利用和处理。