Umeå University's logo

Imagine a future where our cars, factories, and homes run without polluting the air. That is the idea behinda fossil-free future, a world where we no longer rely on coal, oil, or gas, but instead use clean, renewableenergy sources. One of the most promising options to make this future possible is hydrogen. Althoughhydrogen is the most abundant element in the universe, it is not available as a free resource on Earth;instead, it can be produced from water via electrolysis powered by electricity. What makes it special is itsrole as an energy carrier: it stores and delivers clean energy, and when used, it produces only water, notcarbon dioxide. This makes hydrogen the perfect companion for solar and wind power, helping us keep thelights on, power vehicles, and even run industries, all without burning fossil fuels.

Electrolyzer technology offers a direct and sustainable method for producing hydrogen from water.However, current systems depend heavily on precious metals such as Pt, Ir, and Ru, posing a significantbarrier to scalability. Addressing this challenge requires major advances in materials science to minimize theuse of scarce metals and promote the widespread use of electrolyzers. In our work, we demonstrate thatnon-precious, earth-abundant electrocatalysts can consistently deliver high efficiency and long-termstability. We developed novel synthesis routes to produce highly defective and porous nanomaterials frommetal alloys and mixed oxides to transition metal dichalcogenides. We studied their intrinsic catalyticactivity and learned to tune their performance under both alkaline and acidic conditions. This allowed us tofurther study these cost-effective electrocatalysts in anion (and proton) exchange membrane electrolyzers.Our studies show that these materials can achieve competitive efficiency and durability, providing a viablepathway to reduce reliance on noble metals and accelerate the commercialization of large-scale waterelectrolysis.

Föreställ dig en framtid där våra bilar, fabriker och hem drivs utan att förorena luften. Det är idén bakom en fossilfri framtid, en värld där vi inte längre är beroende av kol, olja eller gas, utan istället använder rena och förnybara energikällor. Ett av de mest lovande alternativen för att göra denna framtid möjlig är vätgas. Även om väte är det mest förekommande grundämnet i universum, finns det inte som en fri tillgänglig resurs på jorden; vätgas kan istället framställas ur vatten genom elektrolys som drivs av elektricitet. Det som gör vätgas särskilt intressant är dess egenskap att vara en energibärare, vätgas kan lagra och leverera ren energi, och när den används bildas endast vatten, inte koldioxid. Detta gör vätgas till det perfekta komplementet till sol och vindkraft, eftersom den kan bidra till att hålla lamporna tända, driva fordon och till och med försörja industrier, allt utan att bränna fossila bränslen.

Elektrolysteknik erbjuder en direkt och hållbar metod för att producera vätgas ur vatten. Dagens system är dock starkt beroende av ädelmetaller som platina (Pt), iridium (Ir) och rutenium (Ru), vilket innebär ett betydande hinder för storskalig tillämpning. För att övervinna denna utmaning krävs stora framsteg inom materialvetenskap, med fokus på att minimera användningen av sällsynta metaller och snabba på utveckling och installation av elektrolysteknik. I vårt arbete visar vi att icke-ädla, vanligt förekommande elektrokatalysatorer kan uppnå både hög effektivitet och långsiktig stabilitet. Vi har utvecklat nya syntesmetoder för att framställa defektrika och porösa nanomaterial från metalllegeringar och metalloxidlegeringar till blandningar av övergångsmetaller och dikalcogenider. Vi har undersökt deras katalytiska aktivitet och lärt oss att optimera deras prestanda under både alkaliska och sura reaktionsförhållanden. Detta har gjort det möjligt för oss att i nästa steg studera dessa kostnadseffektiva elektrokatalysatorer i elektrolysörer med anjon och protonutbytande membran. Våra studier visar att dessa material kan uppnå konkurrenskraftig effektivitet och hållbarhet, och därigenom påvisa en möjlig utveckling för att minska beroendet av ädelmetaller och påskynda kommersialiseringen av storskalig vattensönderdelning.