Abstract Due to the rapid consumption of fossil fuels and serious environmental pollution from nonrenewable energy, developing highly efficient, stable and earth-abundant bifunctional electrocatalysts for overall water splitting is thereby an urgent need but remains a significant challenge. Heteroatom doping is regarded as an effective tactic to facilitate electron interactions, and thereby enhance the electrocatalytic activity. In this work, (P, W)-codoped MoO2 nanoflowers were successfully assembled on a nickel foam (NF) substrate (marked as (P, W)-MoO2/NF) by hydrothermal and phosphorization processes. The as-prepared catalyst (P, W)-MoO2/NF exhibits excellent catalytic activities with lower overpotentials of 308 mV and 89 mV to deliver 40 mA cm−2 for oxygen evolution reaction (OER) and 10 mA cm−2 for hydrogen evolution reaction (HER), respectively. More significantly, when directly assembled in the electrolyzer as a bifunctional electrocatalyst for overall water splitting, it only requires a cell voltage of 1.65 V to deliver a current density of 30 mA cm−2. The as-prepared catalyst (P, W)-MoO2/NF also displays splendid long-term stability over 20 h without a visible decrease in an alkaline solution. The blooming flower-like architecture can afford abundant active sites, and the doping of heteroatoms can tune the electronic transfer, which are both responsible for the enhancement in the electrocatalytic properties. This work provides a unique direction to the rational design and synthesis of highly efficient and stable non-noble metal molybdenum-based bifunctional electrocatalysts for overall water splitting.

中文翻译：

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泡沫镍上的 (P, W)-共掺杂 MoO2 纳米花作为整体水分解的有效双功能电催化剂

摘要 由于化石燃料的快速消耗和不可再生能源对环境的严重污染，开发高效、稳定和地球储量丰富的双功能全分解水电催化剂是迫切需要但仍然是一个重大挑战。杂原子掺杂被认为是促进电子相互作用的有效策略，从而提高电催化活性。在这项工作中，通过水热和磷化工艺成功地将 (P, W)-共掺杂的 MoO2 纳米花组装在泡沫镍 (NF) 基材上（标记为 (P, W)-MoO2/NF）。所制备的催化剂 (P, W)-MoO2/NF 表现出优异的催化活性，较低的过电位为 308 mV 和 89 mV，为析氧反应 (OER) 提供 40 mA cm−2 和为析氢提供 10 mA cm−2 的过电位反应（HER），分别。更重要的是，当直接组装在电解槽中作为用于整体水分解的双功能电催化剂时，它只需要 1.65 V 的电池电压即可提供 30 mA cm-2 的电流密度。所制备的催化剂 (P, W)-MoO2/NF 在 20 小时内也表现出出色的长期稳定性，而在碱性溶液中没有明显的下降。盛开的花朵状结构可以提供丰富的活性位点，杂原子的掺杂可以调节电子转移，这两者都是电催化性能增强的原因。这项工作为合理设计和合成高效稳定的非贵金属钼基双功能电催化剂用于整体水分解提供了独特的方向。当直接组装在电解槽中作为用于整体水分解的双功能电催化剂时，它只需要 1.65 V 的电池电压即可提供 30 mA cm-2 的电流密度。所制备的催化剂 (P, W)-MoO2/NF 在 20 小时内也表现出出色的长期稳定性，而在碱性溶液中没有明显的下降。盛开的花朵状结构可以提供丰富的活性位点，杂原子的掺杂可以调节电子转移，这两者都是电催化性能增强的原因。这项工作为合理设计和合成高效稳定的非贵金属钼基双功能电催化剂用于整体水分解提供了独特的方向。当直接组装在电解槽中作为用于整体水分解的双功能电催化剂时，它只需要 1.65 V 的电池电压即可提供 30 mA cm-2 的电流密度。所制备的催化剂 (P, W)-MoO2/NF 在 20 小时内也表现出出色的长期稳定性，而在碱性溶液中没有明显的下降。盛开的花朵状结构可以提供丰富的活性位点，杂原子的掺杂可以调节电子转移，这两者都是提高电催化性能的原因。这项工作为合理设计和合成高效稳定的非贵金属钼基双功能电催化剂用于整体水分解提供了独特的方向。65 V 以提供 30 mA cm-2 的电流密度。所制备的催化剂 (P, W)-MoO2/NF 在 20 小时内也表现出出色的长期稳定性，而在碱性溶液中没有明显的下降。盛开的花朵状结构可以提供丰富的活性位点，杂原子的掺杂可以调节电子转移，这两者都是电催化性能增强的原因。这项工作为合理设计和合成高效稳定的非贵金属钼基双功能电催化剂用于整体水分解提供了独特的方向。65 V 以提供 30 mA cm-2 的电流密度。所制备的催化剂 (P, W)-MoO2/NF 在 20 小时内也表现出出色的长期稳定性，而在碱性溶液中没有明显的下降。盛开的花朵状结构可以提供丰富的活性位点，杂原子的掺杂可以调节电子转移，这两者都是电催化性能增强的原因。这项工作为合理设计和合成高效稳定的非贵金属钼基双功能电催化剂用于整体水分解提供了独特的方向。盛开的花朵状结构可以提供丰富的活性位点，杂原子的掺杂可以调节电子转移，这两者都是电催化性能增强的原因。这项工作为合理设计和合成高效稳定的非贵金属钼基双功能电催化剂用于整体水分解提供了独特的方向。盛开的花朵状结构可以提供丰富的活性位点，杂原子的掺杂可以调节电子转移，这两者都是电催化性能增强的原因。这项工作为合理设计和合成高效稳定的非贵金属钼基双功能电催化剂用于整体水分解提供了独特的方向。