氢气是未来社会的重要能源载体之一，以清洁电能驱动的电解氢被认为是实现制备“绿氢”的有效手段。当前电解水制氢气工艺面临隔膜价格高、贵金属催化剂资源短缺、氢气存储和运输成本高等挑战。近年来，水解活泼金属/化合物（例如NaBH₄、Mg、Al）原位产氢气技术受到广泛关注，即将产氢和产氧两个过程分开，有可能解决现有水电解制氢所面临的挑战。然而，活泼金属/化合物的再生需要大量的能量输入，并排放CO₂和其他气体（如CO、Cl₂、CF₄等），与绿氢的制备目标背道而驰。

近日，武汉大学尹华意教授团队设计了一种利用锌金属驱动的“电解产锌-水解产氢”双功能电化学池。当电能充足时，进行电解产锌，以黄铜为阴极、雷尼镍为阳极、氢氧化钾水溶液为电解质，在阴极电沉积金属锌并在雷尼镍阳极释放氧气，即将电能储存到金属锌中。当需要氢气时，进行水解产氢，水解产氢和电解在同一个电化学池中进行，即将电解锌和雷尼镍电极构建成一个Zn-H₂O原电池，金属锌负极自发被氧化为锌离子，雷尼镍正极上产氢。整个过程锌充当储能介质，调控体系的能源储存和制氢。该工作的核心是雷尼镍在碱性介质中具备优良的催化析氧和析氢性能——在电解过程中降低了阳极的析氧电位，在产氢过程中将锌的水解反应解耦为锌的腐蚀溶解和析氢两个反应，实现了Zn负极的连续快速溶解，解锁了Zn-H₂O原电池反应动力学。

作者在240 cm²黄铜板上沉积得到了均匀的锌金属，没有“死锌”落入电解槽，50 mA cm^-2 电流密度下电解槽电压为2.047 V，库伦效率可达98.3%，用于驱动氢气生产的净电压为1.805 V（Zn-H₂O原电池放电电压为0.242 V），净能量效率为65.5%，通过装置优化，整体能效可进一步提高。两步制氢具有相对较高的能量效率、高表面容量、无需贵金属催化剂、无昂贵的膜，兼具制氢和储氢能力的特点。最后，作者估算了24 Ah的Zn-H₂O电池的电极和电解质成本仅为1.184美元，整个系统仅消耗H₂O，Zn在电解槽中被循环使用。