Промышленное производство
Промышленный Интернет вещей | Промышленные материалы | Техническое обслуживание и ремонт оборудования | Промышленное программирование |
home  MfgRobots >> Промышленное производство >  >> Industrial materials >> Наноматериалы

Зондирование поведения двумерного WS2, легированного Al и P, в отношении NO, NO2 и SO2:исследование Ab Initio

Аннотация

Двумерные дихалькогениды переходных металлов (2D TMD), такие как WS 2 , считаются перспективными для создания высокопроизводительных газовых сенсоров. Жалко, что взаимодействие газов и первозданного 2D WS 2 поскольку чувствительный элемент слишком слаб, так что реакцию датчика трудно обнаружить. При этом возможности обнаружения WS 2 , легированного Al и P, на НЕТ, НЕТ 2 , и SO 2 были оценены. Особо учитывалась селективность по целевым газам и концентрация легирующей примеси. Были построены молекулярные модели адсорбционных систем, и теория функционала плотности (DFT) была использована для изучения адсорбционного поведения этих газов с точки зрения энергии связи, зонной структуры и плотности состояний (DOS). Результаты показали, что легирующие атомы могут увеличить прочность адсорбции между молекулами газа и подложкой. Кроме того, чувствительность WS, легированного фтором 2 на НЕТ и НЕТ 2 почти не пострадал от CO 2 или H 2 О. Чувствительность WS 2 , легированного алюминием. к NO 2 и SO 2 также трудно было подействовать CO 2 или H 2 О. Для обнаружения НЕТ WS 2 с концентрацией примеси 7,4% имел лучшие чувствительные свойства, чем с концентрацией примеси 3,7%. Пока для SO 2 , результат был прямо противоположным. Эта работа представляет собой исчерпывающий справочник по выбору подходящих примесей (концентрации) в 2D-материалы для обнаружения ядовитых газов.

Введение

Оксид азота и диоксид серы широко используются в промышленном производстве. Например, оксид азота (NO) может использоваться в качестве источника азота для процессов легирования в полупроводниковой промышленности, а диоксид серы (SO 2 ) можно использовать для предотвращения порчи винограда [1]. Однако эти газы не только вредны, но и могут вызвать серьезные экологические проблемы, такие как кислотные дожди или фотохимический смог [2, 3]. В промышленных применениях необходимо контролировать утечку этих газов. Среди предыдущих исследований, датчики газа из оксидов металлов широко изучались, но они имеют недостатки, заключающиеся в нестабильности и ограниченных условиях работы [4]. Поэтому очень важно найти новые материалы для обнаружения этих газов [5]. Для эффективного обнаружения молекул газа материалы должны иметь большую удельную поверхность и достаточную силу связывания для адсорбции молекул газа [6, 7]. Открытие свойств графена и инертных газов [8] побудило исследователей обратить внимание на 2D-материалы [9, 10].

Среди двумерных материалов дисульфиды переходных металлов (ДПМ) вызывают серьезное беспокойство в области газового зондирования из-за их стабильных полупроводниковых свойств и соответствующей подвижности носителей [11,12,13]. Особенно как типичный вид TMD, WS 2 обладает различными уникальными свойствами для чувствительных материалов [14, 15], такими как превосходная термическая стабильность, настраиваемая полосовая структура [16, 17] и низкая стоимость. Однако чистый 2D WS 2 как чувствительный элемент имеет ряд недостатков, таких как слабая адсорбция с целевыми газами, которая не может эффективно захватывать молекулы газа [18]. В этом случае легирование широко используется в 2D-материалах для регулирования свойств поверхности и силы связи между материалами и молекулами газа, а также для улучшения адсорбционной и чувствительной способности газов [19, 20]. Конечно, разные легирующие примеси по-разному влияют на чувствительность. Следовательно, легированные чувствительные подложки должны иметь подходящие примеси для улучшения их чувствительности. Например, WS 2 , легированный палладием уже продемонстрировали свои улучшения по сравнению с их первозданными аналогами в области обнаружения газов [6, 21]. К сожалению, большинство предыдущих исследований легированного WS 2 поскольку чувствительный элемент сосредоточен только на силе связи и переносе заряда между молекулами газа и однослойными пленками. Селективностью адсорбции по газам и влиянием концентрации легирования часто пренебрегают. В этой работе мы всесторонне исследовали не только прочность связи и перенос заряда, но также селективность адсорбции целевых газов и влияние концентраций легирования.

Здесь, учитывая, что атомы Al и P имеют близкий ковалентный радиус и аналогичную электронную структуру с атомами S, им легче заменить атомы S и сформировать стабильную ковалентную структуру. Во многих предыдущих исследованиях изучались материалы с замещающим легированием атомов S [22,23,24,25]. Таким образом, в этой работе изучались характеристики обнаружения WS 2 , легированных Al и P. с помощью ДПФ. Чувствительные свойства легированных систем и нелегированной сравнивались по энергии связи, зонной структуре и плотности состояний. Доказано, что WS 2 легированный атомами Al или P имел очевидные преимущества перед чистым WS 2 в обнаружении этих газов. В дополнение к NO, NO 2 , и SO 2 , мы рассмотрели CO 2 и H 2 O в качестве возмущающих газов для проверки селективности легированной подложки по отношению к целевым газам. Две концентрации легирования, 3,7% и 7,4%, рассматривались для оценки его влияния на чувствительность к газам. Эта работа дает исчерпывающее представление о выборе подходящих примесей (концентрации) в 2D-материалах для обнаружения вредных газов.

Методы

В этой работе все первопринципные вычисления были основаны на DFT [26, 27]. Приближение локальной плотности (LDA) с функцией PWC было выбрано для решения проблемы электронного обмена и корреляции. Для облегчения бремени вычислений ядро ​​(псевдопоты DFT semi-core) было заменено одним эффективным потенциалом. Был выбран двойной числовой орбитальный базис и орбитальная функция поляризации (DNP). Радиус обрезания глобальной орбиты был установлен равным 4,9 Å для обеспечения достаточной точности. K-точки Monkhorst-Pack были установлены как 4 × 4 × 1 после теста сходимости с вакуумным слоем 13,4 Å, чтобы избежать взаимодействия между соседними блоками. Точность сходимости энергии для геометрической составляла 1,0 × 10 −5 . Хартри, при этом максимальное смещение составляло 0,005 Å, а максимальное усилие - 0,002 Хартри / Å.

Была создана суперячейка 3 × 3 × 1, содержащая 9 атомов W и 18 атомов S, как показано на рис. 1а. Для моделей легированных WS 2 атом S был заменен атомом P или Al [28], как показано на рис. 1b – d. Затем была проведена оптимизация геометрии. После этого молекула газа была установлена ​​выше WS 2 самолет для построения модели адсорбции газа. Были выбраны три места для молекулы адсорбированного газа. Они были вершиной S или атомов легирующей примеси (I), вершиной средней точки связи между легированным атомом и атомом W или S (II) и центром гексагональной структуры (III), как показано на рисунке Рис. 1a – c. После оптимизации геометрии каждой адсорбционной системы были найдены геометрические конструкции с наиболее стабильной адсорбцией газа. Энергия связи ( E привязать ) может отражать взаимодействие между материалом и молекулой адсорбированного газа и рассчитываться с помощью следующей функции:

$$ {E} _ {bind} ={E} _ {tot} - {E} _m- {E} _ {gas} $$ (1)

Модель суперячейки 4 × 4 × 1 a первозданный WS 2 , b WS 2 , легированный алюминием , и c WS 2 , легированный P с отмеченными тремя сайтами адсорбции. И модели d НЕТ, е НЕТ 2 , и f SO 2 молекулы. Желтый, голубой, темно-красный, фиолетовый, синий и красный шары обозначают S, W, Al, P, N и O соответственно

где E м представляет собой энергию материала без адсорбирующих молекул газа, E тот представляет собой полную энергию материала и молекул газа, а E газ представляет собой энергию изолированной молекулы газа [29]. Более значительное абсолютное значение E привязать представляет собой более мощную силу взаимодействия между материалом и молекулами газа.

Энергия пласта ( E FM ), что может отражать сложность формирования системы легирования, а устойчивость системы рассчитывалась с помощью функции, представленной ниже:

$$ {E} _ {fm} ={E} _ {tot} + {E} _s- {E} _m- {E} _ {dopant} $$ (2)

где E s - полная энергия замещенного атома S, а E присадка представляет собой полную энергию атомов легирующей примеси. Более значительное значение E FM означает, что сложнее сформировать легирующую систему.

Результаты и обсуждение

Позиции адсорбции показаны на рис. 1a – c, что соответствует исходному, легированному алюминием и легированным фтором WS 2 , соответственно. На рис. 1, d – f длины связей N – O, N =O и S =​​O составили 1,16 Å, 1,21 Å и 1,46 Å соответственно. Длина связи W – S, Al – W и P – W составляла около 2,43 Å, 2,86 Å и 2,45 Å соответственно. После геометрической оптимизации в последующем обсуждении использовалось энергетически выгодное место для каждого адсорбата. Энергии связи WS 2 , легированных 3,7% P и Al, системы в энергетически выгодном месте показаны в таблице 1. Энергия связи чистого WS 2 Система была показана в Таблице S1. Тогда, согласно результатам энергии связи, взаимодействие молекул газа с чистым WS 2 был настолько слабым, что материалу подложки было трудно стабильно адсорбировать молекулы газа. Энергия связи NO-нетронутого WS 2 система была даже положительной. Однако введение легирующей добавки могло бы значительно повысить адсорбционную силу между газом и WS 2 , особенно для WS 2 легирован атомом Al. Среди всех случаев легирования адсорбционная сила была наименьшей, в то время как SO 2 адсорбируется на P – WS 2 . Кроме того, помимо Al и P, также рассматривались другие элементы того же периода или семейства с S, такие как O, Si, Cl или Se. Случай W-замещенного W, легированного Fe 2 показан на рис. S1, а WS 2 системы с этими присадками имели либо плохую стабильность (высокий E FM ) или слабое взаимодействие с молекулами газа. Учитывая это, эти легирующие примеси не были задействованы в последующих исследованиях. Энергетически выгодные участки (самая низкая отрицательная энергия связи) NO, NO 2 , и SO 2 молекулы адсорбируются на легированном WS 2 были показаны на рис. S2, S3 и S4 соответственно.

Зонные структуры чистого и легированного Al и P монослоя WS 2 были представлены на рис. 2. Результаты проективной плотности состояний (PDOS) показаны на рис. S5. Монослой 2H WS 2 является полупроводником с прямой запрещенной зоной в точке Γ. Для WS 2 легированный атомом Al примесь внесла интерфейсные состояния в запрещенную зону монослоя 2H WS 2 . Более того, присутствие атома металла образует барьер Шоттки с уровнем Ферми, закрепленным в приповерхностной области полупроводника. Положение пиннинга находится в пределах 0,2 эВ от уровня Ферми первого полупроводника [5]. Свойства металла придаются металлическими легирующими добавками [30]. В то же время атом P привнес энергетические зоны, смешанные с полосой проводимости и валентности WS 2 . Ленточные структуры легированных ВС 2 после адсорбции газа показаны на рис. S6. Следовательно, в случаях NO на WS 2 , легированном Al , НЕТ на WS 2 , легированных фтором , и SO 2 на WS, легированном алюминием 2 ширина запрещенной зоны материала заметно изменилась после адсорбции молекул газа. Предыдущие исследования показали, что суженная запрещенная зона означает более низкую кинетическую стабильность, более высокую химическую активность и более естественный переход электронов из валентной зоны в зону проводимости [31, 32]. Таким образом, после адсорбции газа очевидные изменения ширины запрещенной зоны легированных материалов сделали их чувствительными субстратами для обнаружения молекул газа.

Ленточная структура a первозданный WS 2 , b WS 2 , легированный алюминием , и c WS 2 , легированный P

На основе переноса заряда между молекулами газа и материалами подложки обнаружение газа может быть выполнено с помощью газовых датчиков. Согласно традиционной теории переноса заряда, механизм процесса переноса заряда между газом и WS 2 был показан на рис. 3. НСМО - это самая низкая незанятая орбиталь молекулы, а ВЗМО - самая высокая занятая орбиталь молекулы. E f - уровень Ферми подложки. Если E f находится между LUMO и HOMO, согласно традиционной теории передачи заряда не будет. Затем Чжоу и др. добавил, что механизм переноса заряда будет определяться орбитальным смешением НСМО и ВЗМО с материалом подложки, если E f лежит между НСМО и ВЗМО, как показано на рис. 3а [5]. Если LUMO ниже уровня Ферми WS 2 , электроны потекут из WS 2 к молекуле газа, показанной на рис. 3б [7]. После достижения состояния равновесия E f адсорбционной системы такая же, как LUMO. И наоборот, если HOMO выше, чем уровень Ферми WS 2 , электроны потекут от молекул газа к WS 2 показано на рис. 3в [5]. E f адсорбционной системы такой же, как НСМО в равновесном состоянии. Изоповерхности LUMO и HOMO NO, NO 2 , и SO 2 орбитали молекулы показаны на рис. 4, а – в соответственно. Энергия LUMO и HOMO и E f из WS 2 были представлены в таблице S2. Согласно таблице, E f находится между НСМО и ВЗМО в адсорбционных системах, легированных Al и P. Следовательно, необходимо изучить орбитальное перемешивание между НСМО и ВЗМО молекул газа и материала подложки.

Принципиальная схема механизма переноса заряда

НСМО и ВЗМО орбитали молекулы a НЕТ, b НЕТ 2 , и c SO 2

DOS использовалась для дальнейшего обсуждения распределения электронов и орбитального перемешивания в адсорбционной системе, которое зависело от взаимодействия между газами и подложками. На рис. 5 представлены плотности состояний газов, примесей, атомов S и W. Черные и красные линии - это кривые плотности состояний газов и примесей соответственно. А синие и оливковые линии - это линии атомов S и W. После адсорбции газа из-за орбитального взаимодействия произошло перераспределение электронов во всей системе, что привело бы к перекрытию пиков плотности состояний между газом и материалом подложки. Перекрытие пиков DOS означало смешение молекулярных орбиталей, доказывая существование взаимодействия между газом и сенсорными материалами [33]. Смешивание молекулярных орбиталей было полезным для переноса заряда, так что оно могло усилить адсорбционное взаимодействие между газом и поверхностью материала [34,35,36]. Следовательно, смешение между молекулярными орбиталями сравнивалось, чтобы оценить адсорбционные эффекты молекул газа. На рис. 5а орбитальное перемешивание между молекулой NO и атомом Al составило -12,62 и -8,11 эВ. А орбитальное перемешивание между молекулой NO и атомами Al, S и W составляло 2,02 эВ. На рис. 5b орбитальное перемешивание NO 2 молекулы и атома Al были при -19,60, -11,60 и -8,44 эВ. И орбитальное смешение NO 2 молекула и атомы Al, S и W находились при 0 эВ. На рис. 5c орбитальное перемешивание между SO 2 молекулы и атома Al было при -12,09 эВ. Орбитальное перемешивание между SO 2 молекулы и атомов Al и S - 8,27 эВ. Орбитальное перемешивание между SO 2 молекулы и атомов Al, S и W составляла 1,75 эВ. На рис. 5г орбитальная смесь между молекулой NO и атомом P была при -12,21 эВ. А орбитальное перемешивание между молекулой NO и атомами P, S и W составляло -10 эВ. На рис. 5д орбитальная смесь NO 2 молекулы и атома P - 12,63 эВ. И орбитальное смешение NO 2 молекулы и атомов P, S и W были при -9,66 и -5,51 эВ. На рис. 5е орбитальное перемешивание между SO 2 молекулы и атомов S - 9,25 эВ. Из приведенных выше результатов можно обнаружить, что присутствие примесей приводит к более орбитальному перемешиванию. Более того, орбитальное перемешивание в системах с легированными атомами Al больше, чем в системах с легированными атомами P, что указывает на более сильное взаимодействие между молекулами газа и подложкой в ​​системах, легированных Al, что хорошо согласуется с результатами энергии перезарядки. Подводя итог, можно сказать, что введение примесей может обеспечить больше активированных пиков во всей полосе, тем самым увеличивая возможность орбитального перемешивания между субстратом и молекулами газа.

DOS из a Атомы NO, Al, S и W; б НЕТ 2 , Атомы Al, S и W; c SO 2 , Атомы Al, S и W; г Атомы NO, P, S и W; е НЕТ 2 , Атомы P, S и W; и е SO 2 , Атомы P, S и W

Для дальнейшей оценки чувствительного потенциала WS 2 , легированного Al и P , CO 2 и H 2 O также рассматривались для тестирования селективности WS 2 , легированных Al и P. на целевой газ. Аналогично НЕТ, НЕТ 2 , или SO 2 адсорбция, самый стабильный сайт адсорбции среди трех сайтов с высокой геометрической симметрией на WS 2 показан на рис. S7 (a), (b), (c) и (d). Результаты по энергии связи представлены в таблице S3, а результаты по зонной структуре показаны на фиг. S7 (e), (f), (g) и (h). Длина связи C =O в изолированном CO 2 и O – H в изолированном H 2 O составляет 1,175 Å и 0,971 Å соответственно. Они не сильно изменились после адсорбции газа на легированном WS 2 кроме H 2 O, адсорбированный на Al-WS 2 . Это указывает на взаимодействие между H 2 Молекула O и WS 2 , легированный алюминием был самым сильным. Согласно Таблице 2, рассчитанная энергия связи H 2 О на Аль-WS 2 было - 1,69 эВ.

Все эти результаты указывают на возможность того, что WS 2 , легированный алюминием будет иметь плохую селективность по целевому газу при наличии H 2 О. Чтобы еще раз подтвердить эту точку зрения, был проведен анализ DOS, показанный на рис. 6. Для рис. 6b в группе H 2 О на Аль-WS 2 , перекрытие пиков DOS между газом и материалом подложки около E f (0 эВ) были гораздо более очевидными, чем три других. Это доказало сильное взаимодействие и большую возможность переноса заряда между H 2 Молекула O и Al-WS 2 . Кроме того, большее орбитальное перемешивание между H 2 Могли быть обнаружены молекула O и атом Al, что дало больше доказательств взаимодействия. Из этого можно сделать вывод, что WS 2 , легированный алюминием поскольку на чувствительный материал может легко повлиять H 2 О. Энергия связи составляла -0,18 и -0,27 эВ с CO 2 . и H 2 Адсорбция O на WS 2 , легированном фтором , соответственно. Эти результаты были меньше энергии связи NO (- 0,87 эВ) и NO 2 . (- 1,27 эВ), но очень близко к энергии связи SO 2 (- 0,29 эВ) на WS 2 , легированном P . На рис. 6c орбитальное перемешивание CO 2 молекулы и атома P были при -12,63 и -9,66 эВ. На рис. 6d орбитальная смесь между H 2 Молекула O и атомы S были при -9,25 эВ. Следовательно, чувствительность WS 2 , легированного фтором, кому:SO 2 легко осуществляется в присутствии CO 2 или H 2 O, когда одновременно учитывались энергия связи и орбитальное перемешивание.

DOS из a CO 2 , Атомы Al, S и W; б H 2 Атомы O, Al, S и W; c CO 2 , Атомы P, S и W; и d H 2 Атомы O, P, S и W

Одноатомное легирование (концентрация легирования 3,7%) обсуждалось в предыдущих частях. Учитывая, что разные концентрации легирования влияли на характеристики измерения, случай двухатомного легирования (концентрация легирования 7,4%) также обсуждался в 3 × 3 WS 2 модель. Атомы S по-прежнему заменялись легирующими атомами. Было четыре ситуации для мест легирования, показанных на рис. S8. Для WS 2 , легированного алюминием , они были названы 2Al-1, 2Al-2, 2Al-3 и 2Al-4 соответственно. Для WS 2 , легированного фосфором , они получили названия 2П-1, 2П-2, 2П-3 и 2П-4 соответственно. Затем была рассчитана энергия образования каждой системы легирования, чтобы оценить сложность формирования этих структур. Чем ниже образование энергии, тем легче формирование конфигурации. Результаты образования энергии показаны в Таблице S4. Структура 2Al-1 была выбрана, поскольку она имеет самую низкую энергию образования среди четырех случаев. Аналогичным образом были выбраны 2P-1 и 2P-3, поскольку они имеют смежные энергии пласта.

Согласно результатам зонной структуры (рис. S6), WS 2 , легированный алюминием имеет отличную адсорбционную способность к NO и SO 2 чем NO 2 при концентрации легирования 3,7%. И WS, легированный фтором 2 имеет более высокую адсорбционную способность к NO, чем к NO 2 и SO 2 . Следовательно, для WS 2 , легированного алюминием , только NO и SO 2 учитывались при концентрации легирования 7,4%. Для WS, легированных фтором 2 , было рассмотрено только НЕТ. На основании этого было исследовано влияние концентрации легирования на адсорбционные характеристики. Наиболее стабильные адсорбционные структуры показаны на фиг. S9, а результаты по энергии связи показаны в таблице S5. ПЭС этих систем представлены на рис. 7. На рис. 7а орбитальное перемешивание между молекулой NO и атомами Al составило -6,51, -3,25 и -0,75 эВ соответственно. Орбитальное перемешивание между молекулой NO и атомами S, а также W составляло 1,78 эВ. На рис. 7b орбитальное перемешивание между SO 2 молекула и атомы S - 19,69 эВ. Орбитальное перемешивание между SO 2 молекула и S, а также атомы Al была при -10.91 эВ. На рис. 7в орбитальное перемешивание между молекулой NO и атомами P составляет -7,67 эВ. Орбитальное перемешивание составляло –0,86 эВ между молекулой NO и атомами P, а также W. Орбитальное перемешивание составляло - 2.39 эВ между молекулой NO и атомами P, S, а также W. На рис. 7г орбитальное перемешивание между молекулой NO и атомами W составило -12,55 и -0,76 эВ соответственно. Сравнивая фиг. 7a с фиг. 5a, можно заметить, что орбитальное перемешивание и энергия связи усилились, что указывает на то, что концентрация легирования Al 7,4% индуцировала более высокую адсорбционную способность NO, чем 3,7%. Сравнивая рис. 7b с рис. 5c, орбитальное перемешивание и энергия связи ослаблены, что позволяет предположить, что концентрация легирования алюминия 7,4% вызвала ухудшение SO 2 адсорбционная эффективность более 3,7%. И отрицательная энергия связи системы 2P-1 была ниже, чем у 2P-3, согласно таблице S5. Следовательно, адсорбционные характеристики системы 2P-3 были хуже, чем у системы 2P-1, с точки зрения энергии связи и орбитального перемешивания, тогда, сравнивая структуру 2P-1 с рис. 5d. Сравнивая фиг. 7c с фиг. 5d, орбитальное перемешивание и энергия связи были увеличены, и это указывает на то, что при концентрации P-легирования 7,4% можно добиться лучших характеристик адсорбции NO, чем 3,7%. Подводя итог, можно отметить, что влияние различных концентраций легирования на чувствительность WS 2 , легированного фтором, был меньше, чем у WS, легированного алюминием 2 .

DOS из a Атомы NO, 2Al-1, S и W; б SO 2 , 2Al-1, атомы S и W; c Атомы NO, 2P-1, S и W; и d Атомы NO, 2P-3, S и W. е Энергии связи всех адсорбционных систем

С другой стороны, энергии связи всех адсорбционных систем показаны в виде столбчатого графика на рис. 7д. Согласно рис. 7e, обе концентрации легирования 3,7% и 7,4% могут повысить адсорбционную силу системы по сравнению с чистым WS 2 система. Для систем, легированных двумя атомами P, 7,4% легирования улучшило адсорбционную силу легирования более чем на 3,7%, особенно для адсорбции газа NO. Для систем, легированных двумя атомами Al, адсорбционная сила к газу NO увеличилась. В то время как адсорбционная сила до SO 2 или НЕТ 2 уменьшилось, и что в случаях с SO 2 уменьшилось больше, чем в случаях с NO 2 . В целом, увеличение концентрации легирования оказало большее влияние на адсорбционную прочность систем, легированных алюминием, чем систем, легированных фосфором.

Заключение

В этой работе с использованием первых принципов были выполнены теоретические расчеты для оценки влияния примесей Al и P и их концентрации легирования на чувствительные характеристики WS 2 в сторону НЕТ, НЕТ 2 , и SO 2 молекула. В работе также исследовалась избирательность по отношению к целевым газам в присутствии CO 2 . и H 2 О газы. Для зонной структуры после адсорбции газа изменение ширины запрещенной зоны и низких уровней вблизи уровня Ферми означало, что легированный WS 2 имел большой потенциал для использования в качестве датчика газа резистивного типа по отношению к NO или SO 2 . Согласно результатам исследования энергии связи, WS 2 , легированный Al и P, имел более низкую отрицательную энергию связи с молекулами газа, чем исходный WS 2 , что указывает на улучшение адсорбционной прочности из-за наличия примеси. DOS показала, что примесь может генерировать больше активированных пиков и значительно стимулировать орбитальное перемешивание между газом и подложкой для повышения чувствительности материала подложки. Следовательно, имел место больший перенос заряда и более сильное связывающее взаимодействие между молекулами газа и легированным WS 2 материал. Кроме того, чувствительность WS, легированного фтором 2 на НЕТ и НЕТ 2 CO 2 почти невозможно подействовать и H 2 О, а это до SO 2 будет изменено при наличии CO 2 или H 2 О. Чувствительность WS 2 , легированного алюминием. на NO легко повлиял на H 2 О, но трудно поддаться влиянию СО 2 . Однако чувствительность WS 2 , легированного алюминием к NO 2 и SO 2 трудно было подействовать CO 2 и H 2 О. Для обнаружения NO, WS 2 , легированный Al и P с концентрацией примеси 7,4% имел лучшие чувствительные свойства, чем с концентрацией примеси 3,7%. Пока для SO 2 сенсорный, WS, легированный алюминием 2 с концентрацией легирующей примеси 7,4% имел более выраженную ослабляющую чувствительность, чем таковая с концентрацией допанта 3,7%. Влияние концентрации легирования на чувствительность WS 2 с примесью фосфора был меньше, чем у WS, легированного алюминием 2 . Таким образом, наши всесторонние расчеты могут предоставить легированные двумерные материалы ценным ориентиром для обнаружения ядовитых газов.

Доступность данных и материалов

Все данные полностью доступны без ограничений.

Сокращения

2D:

Двумерный

TMD:

Дисульфиды переходных металлов

DFT:

Функциональная теория плотности

LDA:

Приближение локальной плотности

DNP:

Двойное число плюс поляризация

DOS:

Плотность состояний

PDOS:

Частичная плотность состояний

LUMO:

Самая низкая незанятая молекулярная орбиталь

HOMO:

Наивысшая занятая молекулярная орбиталь


Наноматериалы

  1. Наножидкости TiO2 - Часть 1:Приготовление и свойства
  2. На пути к наножидкости TiO2 - Часть 2:Приложения и проблемы
  3. Исследование первых принципов стабильности и STM-изображения борофена
  4. Изучение in vitro влияния наночастиц Au на клеточные линии HT29 и SPEV
  5. Коллективное исследование моделирования и имитации резистивной оперативной памяти
  6. Исследование углеродных нановолокон и активного углерода как симметричного суперконденсатора в водном элек…
  7. Синтез и исследование in vitro двухрежимного зонда, нацеленного на интегрин αvβ3
  8. Исследование дифракции рентгеновских лучей при высоком давлении и рамановской спектроскопии Ti3C2Tx MXene
  9. Теплопроводность двух типов двумерных аллотропов углерода:исследование молекулярной динамики
  10. Возможное применение БА для датчика газа для обнаружения молекулы газа SO2:исследование DFT