4d金属掺杂MoS_(2)改善对NO_(2)传感性能的机理研究

二硫化钼(MoS_(2))是一种热门的气体传感器材料.针对MoS_(2)与气体分子之间的弱相互作用问题,掺杂是一种有效的解决方式.本文利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势计算方法,对二氧化氮(NO_(2))分子在4d金属掺杂后的MoS_(2)表面上吸附的微观机制进行了理论研究.研究结果表明:4d过渡金属元素掺杂有利于提高MoS_(2)吸附NO_(2)后的稳定性,且掺杂改变了材料表面的还原性,改善了其传感性能.掺入4d金属原子的材料禁带宽度显著减小,并且在费米能级附近形成了新的杂质峰,这大大提升了它的导电性.且掺杂原子的4d与5s轨道电子之间的协同作用会提升气体分子与材料之间的传感特性,这表明4d金属原子掺入MoS_(2)可以成为一种有效的NO_(2)传感器材料.本文的工作有助于寻求合适的化学掺杂的方法来提高MoS_(2)基气体传感器的性能.

一氧化氮在氧、氮掺杂石墨烯表面吸附的光学特性研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势计算方法,对一氧化氮(NO)分子在石墨烯表面上吸附的光学特性进行了理论研究,计算了石墨烯表面顶位、桥位和空位3个位点吸附NO分子的吸附能、Mulliken分布、差分电荷密度、态密度和光学性质。研究结果表明,单O掺杂、单N掺杂和O-N双掺杂的石墨烯表面均易吸附NO分子,其吸附方式是化学吸附;3种掺杂均会在石墨烯的费米能级附近形成新的杂质能级,为电子跃迁提供帮助,提升石墨烯的光学性能;在可见光360~780 nm范围内,O-N双掺杂石墨烯表面C-N键桥位吸附NO分子的光学性能最优,其吸收系数和反射系数的峰值较未掺杂时分别提高了约1.40倍和1.84倍。工作加深了对石墨烯表面吸附NO分子的理解,为基于石墨烯材料的NO传感研究提供了理论支持。

锐钛矿相TiO_(2)(101)表面对有机分子不同官能团微观吸附的机制

挥发性有机化合物(VOCs)严重危害了生态环境和人体健康,因此对具有典型官能团的VOCs气体进行灵敏检测具有重要意义.文章研究了具有典型官能团的VOCs气体C_(2)H_(2)、C_(2)H_(4)、HCOOH、CH_(3)OH、HCHO和CH_(3)COCH_(3)分子在锐钛矿相TiO_(2)(101)表面吸附的传感特性.结果表明:具有氧空位缺陷的表面对极性分子吸附时,偶极矩越大,吸附体系越稳定;对非极性分子吸附时,C原子成键饱和程度越低,吸附体系越稳定.分析发现,差分电荷密度和电荷布局体现出偶极矩大小和C原子成键饱和程度对气体分子得失电子能力的影响.对于极性分子,气体分子官能团中O原子得到电子的能力为OCH_(3)COCH_(3)>OHCHO>OCH_(3)OH>OHCOOH;对于非极性分子,官能团中C原子得到电子的能力为CC_(2)H_(2)>CC_(2)H_(4).态密度图分析发现吸附体系在费米能级处的峰值位置和大小也受到偶极矩与C原子饱和度的影响,其本质原因是不同官能团与材料表面的氧化还原能力不同.因此,材料表面的吸附稳定程度与极性分子的偶极矩或非极性分子的C原子成键饱和程度密切相关.通过研究气体的偶极矩和C成键饱和程度对探索材料对有机气体的吸附性气敏传感有重要的意义.