1. 电化学水分解是一种很有前途的制取高纯氢的技术。用热力学上更有利的氧化反应取代缓慢的阳极析氧反应，使氢的高效生产成为可能。此外，该方法通过合理选择小分子作为底物，促进了环境污染物的降解和增值化学品的合成。小分子选择和电催化剂设计策略对电催化性能至关重要，重点是实现高电流密度、选择性、法拉第效率和操作耐久性。该方向涉及技术经济分析，新的反应器系统设计，满足工业应用的要求，弥合基础研究与实际应用之间的差距，以及产品检测和分离等问题。

2. 电化学硝酸根还原是一项兼具环境修复与资源化利用潜力的前沿技术。通过以热力学更有利的硝酸根还原反应取代传统阳极析氧过程，不仅能够提升整体电转化效率，还可实现硝酸盐污染的同步深度治理。该过程能够将硝酸根选择性转化为氨、氮气或其他含氮高价值化学品，为化学品合成和氮循环的可持续化提供新路径。围绕这一方向的研究涵盖催化剂设计、电极反应动力学调控、传质过程优化等基础科学问题，同时涉及反应路线选择性控制、技术经济分析、反应器系统开发及放大验证等工程关键环节。该技术的发展有望实现从实验室研究到工业场景的跨越，解决环境治理、资源再生与新能源体系耦合的多重挑战。

3. 电化学塑料回收为解决全球塑料污染与碳资源循环难题提供了一种高效、温和且可持续的途径。通过将高能耗、低选择性的传统热化学方法替换为热力学更有利的电驱动氧化或还原路径，可在低温、可再生能源参与的条件下实现塑料的精准断键与分子级降解。该方法能够将聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等常见塑料转化为小分子平台化合物、高值单体或功能化化学品，构建闭环循环的材料再生体系。相关研究涉及催化剂界面设计、选择性反应路径构建、复杂体系中的传质与界面调控等科学问题，同时也包含技术经济性评估、连续流反应器设计、产品分离与纯化等工程技术挑战。电化学塑料回收为化工与环保领域提供了新的技术范式，有望在绿色制造和固废资源化中发挥重要作用。