Comportamento de detecção de WS2 dopado com Al e P bidimensional em direção a NO, NO2 e SO2:um estudo Ab Initio

Resumo

Dichalcogenetos de metais de transição bidimensionais (2D TMDs), como WS ₂ , são considerados como tendo potencial para sensores de gás de alto desempenho. É uma pena que a interação entre gases e 2D WS cristalino ₂ como o elemento sensível é muito fraco, a resposta do sensor é difícil de detectar. Aqui, as capacidades de detecção do WS dopado com Al e P ₂ para NÃO, NÃO ₂ e SO ₂ foram avaliados. Especialmente, consideramos seletividade para gases-alvo e concentração de dopante. Modelos moleculares dos sistemas de adsorção foram construídos, e a teoria do funcional da densidade (DFT) foi usada para explorar os comportamentos de adsorção desses gases sob a perspectiva da energia de ligação, estrutura de banda e densidade de estados (DOS). Os resultados sugeriram que os átomos de dopagem podem aumentar a força de adsorção entre as moléculas de gás e o substrato. Além disso, a sensibilidade do WS dopado com P ₂ para NÃO e NÃO ₂ dificilmente foi afetado por CO ₂ ou H ₂ O. A sensibilidade do WS dopado com Al ₂ para NÃO ₂ e SO ₂ também foi difícil de ser afetado por CO ₂ ou H ₂ O. Para NÃO detecção, o WS ₂ com concentração de dopante de 7,4% apresentou melhores propriedades de sensibilidade do que aquela com concentração de dopante de 3,7%. Enquanto para SO ₂ , o resultado foi exatamente o oposto. Este trabalho forneceu uma referência abrangente para a escolha de dopantes apropriados (concentração) em materiais 2D para detecção de gases nocivos.

Introdução

O óxido de nitrogênio e o dióxido de enxofre são amplamente utilizados na produção industrial. Por exemplo, o óxido nítrico (NO) pode ser usado como fonte de nitrogênio para processos de dopagem na indústria de semicondutores e dióxido de enxofre (SO ₂ ) pode ser usado para prevenir a deterioração da uva [1]. No entanto, esses gases não são apenas prejudiciais, mas também podem causar sérios problemas ambientais, como chuva ácida ou poluição fotoquímica [2, 3]. É necessário monitorar o vazamento desses gases em aplicações industriais. Dentre as pesquisas anteriores, sensores de gás de óxido metálico têm sido amplamente estudados, mas apresentam desvantagens de instabilidade e condições de trabalho limitadas [4]. Portanto, é de considerável importância encontrar novos materiais para detectar esses gases [5]. Para detectar moléculas de gás de forma eficaz, os materiais devem ter uma grande proporção de volume de superfície e força de ligação suficiente para adsorver as moléculas de gás [6, 7]. A descoberta do grafeno e das propriedades de detecção de gases raros [8] motivou os pesquisadores a colocar sua atenção em materiais 2D [9, 10].

Entre os materiais 2D, os dissulfetos de metais de transição (TMDs) têm atraído muita preocupação na área de detecção de gás por causa de suas propriedades semicondutoras estáveis e mobilidade de portadores apropriada [11,12,13]. Especialmente como um tipo típico de TMDs, WS ₂ tem várias propriedades exclusivas para materiais de detecção [14, 15], como excelente estabilidade térmica, estrutura de banda ajustável [16, 17] e baixo custo. No entanto, o imaculado 2D WS ₂ como um elemento sensível, tem algumas desvantagens, como a fraca adsorção com gases-alvo, que não consegue capturar as moléculas de gás de forma eficaz [18]. Nesse caso, o doping é amplamente utilizado em materiais 2D para ajustar as propriedades da superfície e a força de ligação entre os materiais e as moléculas de gás e melhorar a adsorção e a capacidade de detecção dos gases [19, 20]. Obviamente, diferentes dopantes têm diferentes efeitos no desempenho de detecção. Portanto, substratos sensíveis dopados devem encontrar impurezas adequadas para melhorar seu desempenho de detecção. Por exemplo, WS dopado com Pd ₂ já mostrou seu aprimoramento em relação às suas contrapartes originais em detecção de gás [6, 21]. Infelizmente, a maioria dos estudos anteriores sobre dopado WS ₂ como o elemento sensível apenas focado na força de ligação e transferência de carga entre as moléculas de gás e os filmes de camada única. A seletividade de adsorção a gases e a influência da concentração de dopagem são freqüentemente negligenciadas. Neste trabalho, exploramos de forma abrangente não apenas a força de ligação e a transferência de carga, mas também a seletividade de adsorção aos gases-alvo e a influência das concentrações de dopagem.

Aqui, considerando que os átomos de Al e P têm um raio covalente próximo e uma estrutura eletrônica semelhante aos átomos de S, é mais fácil para eles substituir os átomos de S e formar uma estrutura covalente estável. Muitos estudos anteriores investigaram materiais com dopagem de substituição de átomos de S [22,23,24,25]. Portanto, este trabalho explorou o desempenho de detecção de WS dopados com Al e P ₂ com a ajuda de DFT. As propriedades de detecção dos sistemas dopados com a do não dopado foram comparadas em termos de energia de ligação, estrutura de banda e densidade de estado. Provou que WS ₂ dopado com átomos de Al ou P tinha vantagens aparentes sobre o WS ₂ puro na detecção desses gases. Além de NÃO, NÃO ₂ e SO ₂ , consideramos CO ₂ e H ₂ O como gases de perturbação para examinar a seletividade de um substrato dopado para os gases alvo. Duas concentrações de dopagem, 3,7% e 7,4%, foram consideradas para estimar sua influência na sensibilidade aos gases. Este trabalho fornece uma visão abrangente para selecionar dopantes apropriados (concentração) em materiais 2D para detecção de gases nocivos.

Métodos

Neste trabalho, todos os cálculos do primeiro princípio foram baseados em DFT [26, 27]. A aproximação de densidade local (LDA) com a função PWC foi selecionada para abordar a troca e correlação de elétrons. Para aliviar a carga de computação, o kernel (pseudopots DFT semi-core) foi substituído por um único potencial efetivo. Escolheu-se o conjunto de base orbital numérica dupla e a função de polarização orbital (DNP). O raio de corte orbital global foi definido como 4,9 Å para garantir precisão suficiente. Os pontos k Monkhorst-Pack foram definidos como 4 × 4 × 1 após um teste de convergência, com uma camada de vácuo de 13,4 Å para evitar a interação entre unidades adjacentes. A precisão de convergência de energia para geometria foi 1,0 × 10 ⁻⁵ Hartree, enquanto o deslocamento máximo foi 0,005 Å e a força máxima foi 0,002 Hartree / Å.

Uma supercélula 3 × 3 × 1 contendo 9 átomos W e 18 átomos S foi estabelecida, como mostrado na Fig. 1a. Para os modelos de WS dopado ₂ , um átomo de S foi substituído por um átomo de P ou Al [28], como mostrado na Fig. 1b – d. Então, uma otimização da geometria foi dada. Depois disso, a molécula de gás foi definida acima do WS ₂ plano para construir o modelo de adsorção de gás. Três locais para a molécula de gás adsorvido foram escolhidos. Eles eram o topo de S ou átomos dopantes (I), o topo do ponto médio da ligação entre o átomo dopado e o átomo W ou S (II), e o centro da estrutura do hexágono (III), como mostrado no Fig. 1a – c. Após as otimizações da geometria para cada sistema de adsorção, foram encontradas as construções geométricas com a adsorção de gás mais estável. A energia de ligação ( E _vincular ) pode refletir a interação entre o material e a molécula de gás adsorvido e ser calculada pela seguinte função:
$$ {E} _ {bind} ={E} _ {tot} - {E} _m- {E} _ {gas} $$ (1)

onde E _m representa a energia do material sem adsorver moléculas de gás, E _tot representa a energia total do material e das moléculas de gás, e E _gás representa a energia da molécula de gás isolada [29]. Um valor absoluto mais considerável de E _vincular representa uma força de interação mais potente entre o material e as moléculas de gás.

A energia de formação ( E _fm ), o que poderia refletir a dificuldade de formação de um sistema de dopagem, e a estabilidade do sistema foi calculada pela função abaixo:
$$ {E} _ {fm} ={E} _ {tot} + {E} _s- {E} _m- {E} _ {dopante} $$ (2)
onde E _s é a energia total do átomo S substituído, e E _dopante representa a energia total dos átomos contaminantes. Um valor mais significativo de E _fm significa mais difícil de formar o sistema dopante.

Resultados e discussão

As posições de adsorção foram mostradas na Fig. 1a-c, que correspondia a WS primitivo, dopado com Al e dopado com P ₂ , respectivamente. Na Fig. 1, d – f os comprimentos de ligação de N – O, N =O e S =O foram 1,16 Å, 1,21 Å e 1,46 Å, respectivamente. O comprimento da ligação W – S, Al – W e P – W foi em torno de 2,43 Å, 2,86 Å e 2,45 Å, respectivamente. Após a otimização geométrica, o local energeticamente favorável para cada adsorbato foi usado na discussão subsequente. As energias de ligação do WS dopado com 3,7% de P e Al ₂ sistema no local energeticamente favorável foram mostrados na Tabela 1. A energia de ligação do WS puro ₂ sistema foi mostrado na Tabela S1. Então, de acordo com os resultados da energia de ligação, a interação entre as moléculas de gás e WS puro ₂ era tão fraco que era difícil para o material do substrato adsorver as moléculas de gás de maneira estável. A energia de ligação do WS não puro ₂ sistema foi até positivo. No entanto, a introdução de dopante pode aumentar significativamente a força de adsorção entre gás e WS ₂ , especialmente para WS ₂ dopado com átomo de Al. Entre todos os casos de dopagem, a força de adsorção foi a menor, enquanto SO ₂ adsorvido em P – WS ₂ . Além disso, além de Al e P, outros elementos do mesmo período ou família com S, como O, Si, Cl ou Se, também foram considerados. O caso de WS substituído com W dopado com Fe ₂ foi mostrado na Figura S1, enquanto WS ₂ sistemas com esses dopantes tinham estabilidade pobre (alto E _fm ) ou interação fraca com moléculas de gás. Considerando isso, esses dopantes não foram envolvidos nos estudos subsequentes. Os locais energeticamente favoráveis (a energia de ligação negativa mais baixa) de NO, NO ₂ e SO ₂ moléculas adsorvidas no dopado WS ₂ foram mostrados nas Fig. S2, S3 e S4, respectivamente.

As estruturas de banda da monocamada WS nítida e dopada com Al e P ₂ foram apresentados na Fig. 2. Os resultados da densidade projetiva de estados (PDOS) foram mostrados na Fig. S5. A monocamada 2H WS ₂ é um semicondutor com um bandgap direto no ponto Γ. Para WS ₂ dopado com átomo de Al, a impureza introduziu estados de interface na região bandgap da monocamada 2H WS ₂ . Além do mais, a presença do átomo de metal forma a barreira de Schottky com o nível de Fermi fixado na região da superfície do semicondutor. A posição de pinagem está dentro de 0,2 eV ao nível de Fermi do primeiro semicondutor [5]. As propriedades do metal são trazidas por dopantes metálicos [30]. Ao mesmo tempo, o átomo P introduziu bandas de energia misturadas com a banda de condução e valência de WS ₂ . Estruturas de banda de WS dopado ₂ após a adsorção de gás foram mostradas na Fig. S6. Consequentemente, nos casos de NÃO em WS dopado com Al ₂ , NÃO no WS dopado com P ₂ e SO ₂ em WS Al-dopado ₂ , a largura do bandgap do material teve uma mudança evidente depois que as moléculas de gás foram adsorvidas. Estudos anteriores demonstraram que um bandgap estreito significa menor estabilidade cinética, maior atividade química e uma transição eletrônica mais natural da banda de valência para a banda de condução [31, 32]. Assim, após a adsorção do gás, evidentes mudanças de bandgap dos materiais dopados possibilitaram que fossem substratos sensíveis para detectar a existência de moléculas de gás.

Com base na transferência de carga entre as moléculas de gás e os materiais do substrato, a detecção de gás pode ser concluída por sensores de gás. De acordo com a teoria tradicional de transferência de carga, o mecanismo do processo de transferência de carga entre o gás e WS ₂ foi mostrado na Fig. 3. LUMO é o orbital da molécula desocupada mais baixo, enquanto HOMO é o orbital da molécula mais ocupado. E _f é o nível de Fermi do substrato. Se E _f está entre LUMO e HOMO, não haverá transferência de carga de acordo com a teoria tradicional. Então, Zhou et al. adicionado que o mecanismo de transferência de carga seria decidido pela mistura orbital de LUMO e HOMO com o material do substrato se E _f situa-se entre LUMO e HOMO, conforme mostrado na Fig. 3a [5]. Se o LUMO for inferior ao nível de Fermi de WS ₂ , os elétrons irão fluir do WS ₂ à molécula de gás mostrada na Fig. 3b [7]. Depois de atingir o estado de equilíbrio, o E _f do sistema de adsorção é o mesmo que LUMO. Por outro lado, se o HOMO for superior ao nível de Fermi de WS ₂ , os elétrons irão fluir das moléculas de gás para WS ₂ mostrado na Fig. 3c [5]. O E _f do sistema de adsorção é o mesmo que LUMO no estado de equilíbrio. As isosuperfícies LUMO e HOMO de NO, NO ₂ e SO ₂ orbitais da molécula foram mostrados na Fig. 4, a – c, respectivamente. A energia de LUMO e HOMO e E _f de WS ₂ foram apresentados na Tabela S2. De acordo com a tabela, E _f mentiu entre LUMO e HOMO nos sistemas de adsorção dopados com Al e P. Portanto, é necessário explorar a mistura orbital entre o LUMO e o HOMO das moléculas de gás e o material do substrato.

O DOS foi empregado para discutir mais a fundo a distribuição de elétrons e a mistura orbital no sistema de adsorção, que dependia da interação entre gases e substratos. A Figura 5 apresenta o DOS de gases, dopantes, átomos de S e W. As linhas pretas e vermelhas eram as curvas DOS de gases e dopantes, respectivamente. E as linhas azul e verde-oliva eram aquelas de átomos S e W, respectivamente. Após a adsorção do gás, devido à interação orbital, ocorreu a redistribuição de elétrons em todo o sistema, o que levaria à sobreposição de picos DOS entre o gás e o material substrato. A sobreposição de picos DOS significava a mistura entre orbitais moleculares, provando a existência de uma interação entre gás e materiais sensores [33]. A mistura de orbitais moleculares foi útil para a transferência de carga, de modo que pode aumentar a interação de adsorção entre o gás e a superfície do material [34,35,36]. Assim, a mistura entre orbitais moleculares foi comparada para avaliar os efeitos de adsorção das moléculas de gás. Na Fig. 5a, a mistura orbital entre a molécula de NO e o átomo de Al estava em -12,62 e -8,11 eV. E a mistura orbital entre a molécula de NO e os átomos de Al, S e W estava em 2,02 eV. Na Fig. 5b, a mistura orbital entre NO ₂ molécula e átomo de Al estava em - 19,60, - 11,60 e - 8,44 eV. E a mistura orbital entre NÃO ₂ molécula e átomos de Al, S e W estava em 0 eV. Na Fig. 5c, a mistura orbital entre SO ₂ molécula e átomo de Al estava em - 12,09 eV. A mistura orbital entre SO ₂ molécula e átomos de Al e S estava em - 8,27 eV. A mistura orbital entre SO ₂ molécula e átomos de Al, S e W estava em 1,75 eV. Na Fig. 5d, a mistura orbital entre a molécula de NO e o átomo de P estava a -12,21 eV. E a mistura orbital entre a molécula de NO e os átomos P, S e W estava em - 10 eV. Na Fig. 5e, a mistura orbital entre NO ₂ molécula e átomo de P estava em - 12,63 eV. E a mistura orbital entre NÃO ₂ molécula e átomos de P, S e W estava em - 9,66 e - 5,51 eV. Na Fig. 5f, a mistura orbital entre SO ₂ molécula e átomos de S estava em - 9,25 eV. A partir dos resultados acima, pode-se verificar que a presença de impurezas resulta em mais mistura orbital. Além disso, a mistura orbital nos sistemas com dopado com átomo de Al é maior do que nos sistemas com dopado com átomo de P, indicando uma interação mais forte entre as moléculas de gás e o substrato em sistemas dopados com Al que concordam bem com os resultados de energia binging. Em suma, a introdução de impurezas pode proporcionar picos mais ativados em toda a banda, aumentando assim a possibilidade de mistura orbital entre o substrato e as moléculas de gás.

Para avaliar melhor o potencial de detecção do WS dopado com Al e P ₂ , CO ₂ e H ₂ O também foram considerados para testar a seletividade de WS dopados com Al e P ₂ para direcionar o gás. Semelhante a NÃO, NÃO ₂ , ou SO ₂ adsorção, o site de adsorção mais estável entre três sites com alta simetria geométrica no WS ₂ foi mostrado na Fig. S7 (a), (b), (c) e (d). Os resultados da energia de ligação foram apresentados na Tabela S3, e os resultados da estrutura da banda foram mostrados na Fig. S7 (e), (f), (g) e (h). O comprimento da ligação de C =O em CO isolado ₂ e O – H em H isolado ₂ O era 1,175 Å e 0,971 Å, respectivamente. Eles não mudaram muito após o gás adsorvido no dopado WS ₂ exceto para H ₂ O adsorvido em Al-WS ₂ . Isso indicou a interação entre o H ₂ Molécula O e WS dopado com Al ₂ foi o mais forte. De acordo com a Tabela 2, a energia de ligação calculada de H ₂ O em Al-WS ₂ era - 1,69 eV.

Todos esses resultados apontaram para a possibilidade de que o WS Al-dopado ₂ teria baixa seletividade para direcionar o gás sob a existência de H ₂ O. Para confirmar ainda mais este ponto, a análise DOS foi realizada, mostrada na Fig. 6. Para a Fig. 6b, no grupo de H ₂ O em Al-WS ₂ , as sobreposições de picos DOS entre o gás e o material do substrato próximo a E _f (0 eV) foram muito mais aparentes do que os outros três. Isso provou ser uma forte interação e mais possibilidade de transferência de carga entre H ₂ Molécula O e Al-WS ₂ . Além disso, mais mistura orbital entre o H ₂ A molécula O e o átomo de Al puderam ser encontrados, o que forneceu mais evidências para a interação. Destes, podemos concluir que o WS Al-dopado ₂ já que o material de detecção seria facilmente afetado por H ₂ O. A energia de ligação era - 0,18 e - 0,27 eV com CO ₂ e H ₂ O adsorvente em WS dopado com P ₂ , respectivamente. Estes resultados foram menores do que a energia de ligação de NO (- 0,87 eV) e NO ₂ (- 1,27 eV), mas muito perto da energia de ligação de SO ₂ (- 0,29 eV) em WS dopado com P ₂ . Na Fig. 6c, a mistura orbital entre CO ₂ molécula e átomo de P estava em - 12,63 e - 9,66 eV. Na Fig. 6d, a mistura orbital entre H ₂ A molécula O e os átomos de S estavam em - 9,25 eV. Portanto, a sensibilidade do WS dopado com P ₂ para SO ₂ foi facilmente efetuado na presença de CO ₂ ou H ₂ O quando a energia de ligação e a mistura orbital foram levadas em consideração simultaneamente.

A dopagem de átomo único (3,7% de concentração de dopagem) foi discutida nas partes acima. Considerando que diferentes concentrações de dopagem tiveram um impacto no desempenho de detecção, o caso de dopagem diatômica (7,4% de concentração de dopagem) também foi discutido no 3 × 3 WS ₂ modelo. Os átomos de S ainda foram substituídos por átomos de dopagem. Havia quatro situações para locais de dopagem mostrados na Fig. S8. Para o WS Al-dopado ₂ , eles foram nomeados como 2Al-1, 2Al-2, 2Al-3 e 2Al-4, respectivamente. Para o WS dopado com P ₂ , eles foram nomeados como 2P-1, 2P-2, 2P-3 e 2P-4, respectivamente. Em seguida, foi calculada a energia de formação de cada sistema de dopagem para avaliar a dificuldade de formação dessas estruturas. Quanto mais baixa for a formação de energia, mais fácil será a formação da configuração. Os resultados da formação de energia foram apresentados na Tabela S4. A estrutura 2Al-1 foi escolhida por possuir a menor energia de formação entre os quatro casos. Da mesma forma, 2P-1 e 2P-3 foram escolhidos, uma vez que têm energias de formação adjacentes.

De acordo com os resultados da estrutura de banda (Fig. S6), WS dopado com Al ₂ teve excelente desempenho de adsorção para NO e SO ₂ do que NÃO ₂ quando a concentração de dopagem era 3,7%. E WS dopado com P ₂ teve desempenho de adsorção superior a NÃO do que NÃO ₂ e SO ₂ . Portanto, para WS dopado com Al ₂ , apenas NÃO e SO ₂ foram considerados quando a concentração de dopagem foi de 7,4%. Para WS dopado com P ₂ , apenas NÃO foi considerado. Com base nisso, a influência da concentração de dopagem no desempenho de adsorção foi explorada. As estruturas de adsorção mais estáveis foram mostradas na Fig. S9 e mostraram que os resultados de energia de ligação foram mostrados na Tabela S5. O DOS desses sistemas foi apresentado na Fig. 7. Na Fig. 7a, a mistura orbital entre a molécula de NO e os átomos de Al estava em - 6,51, - 3,25 e - 0,75 eV, respectivamente. A mistura orbital entre a molécula de NO e S, bem como os átomos de W, foi de 1,78 eV. Na Fig. 7b, a mistura orbital entre SO ₂ molécula e átomos de S estava em - 19,69 eV. A mistura orbital entre SO ₂ molécula e S, bem como átomos de Al, estava a -10,91 eV. Na Fig. 7c, a mistura orbital entre a molécula de NO e os átomos de P estava a - 7,67 eV. A mistura orbital estava a -0,86 eV entre a molécula de NO e os átomos de P, bem como de W. A mistura orbital estava em - 2,39 eV entre a molécula de NO e P, S, bem como átomos de W. Na Fig. 7d, a mistura orbital entre a molécula de NO e os átomos de W estava em -12,55 e -0,76 eV, respectivamente. Comparando a Fig. 7a com a Fig. 5a, pode-se observar que a mistura orbital e a energia de ligação aumentaram, o que indicou 7,4% de concentração de dopagem de Al induziu maior desempenho de adsorção de NO do que 3,7%. Comparando a Fig. 7b com a Fig. 5c, a mistura orbital e a energia de ligação enfraqueceram, sugerindo que a concentração de dopagem de 7,4% de Al causou SO ₂ mais pobre desempenho de adsorção de 3,7%. E a energia de ligação negativa do sistema 2P-1 foi menor do que a do 2P-3, de acordo com a Tabela S5. Portanto, o desempenho de adsorção do sistema 2P-3 foi pior do que o 2P-1, do ponto de vista da energia de ligação e mistura orbital, então, comparando a estrutura 2P-1 com a Fig. 5d. Comparando a Fig. 7c com a Fig. 5d, a mistura orbital e a energia de ligação foram reforçadas e que a concentração de dopagem P de 7,4% pode ter um melhor desempenho de adsorção de NO do que 3,7%. Resumindo, pode-se observar que a influência de diferentes concentrações de dopagem no desempenho de detecção do WS dopado com P ₂ foi menor do que WS ₂ dopado com Al-dopado .

Por outro lado, as energias de ligação de todos os sistemas de adsorção foram mostradas na forma de um gráfico colunar na Fig. 7e. De acordo com a Fig. 7e, ambas as concentrações de 3,7% e 7,4% de dopagem podem aumentar a força de adsorção do sistema em comparação com o WS ₂ puro sistema. Para os sistemas dopados com dois átomos de P, 7,4% de dopagem melhorou a força de adsorção em mais de 3,7% de dopagem, especialmente para a adsorção de gás NO. Para os sistemas dopados com dois átomos de Al, a força de adsorção ao gás NO aumentou. Enquanto a força de adsorção para SO ₂ ou NÃO ₂ diminuiu, e que nos casos com SO ₂ diminuiu mais do que os casos com NO ₂ . No geral, o aumento da concentração de dopagem teve uma influência maior na força de adsorção dos sistemas dopados com Al do que com os dopados com P.

Conclusão

Neste trabalho, usando os primeiros princípios, cálculos teóricos foram realizados para avaliar a influência dos dopantes Al e P e sua concentração de dopagem no desempenho sensível de WS ₂ em direção a NÃO, NÃO ₂ e SO ₂ molécula. O trabalho também explorou a seletividade em relação aos gases-alvo na presença de CO ₂ e H ₂ O gases. Para a estrutura de banda após a adsorção de gás, a mudança de bandgap e níveis baixos perto do nível de Fermi significou WS dopado ₂ tinha grande potencial para ser usado como um sensor de gás do tipo resistência para NO ou SO ₂ . De acordo com os resultados da energia de ligação, WS dopados com Al e P ₂ tinha menor energia de ligação negativa às moléculas de gás do que o WS ₂ puro , indicando a melhoria da força de adsorção devido à presença de impurezas. O DOS mostrou que a impureza poderia gerar mais picos ativados e estimular significativamente a mistura orbital entre gás e substrato para aumentar a sensibilidade do material do substrato. Portanto, houve mais transferência de carga e interação de ligação mais forte entre as moléculas de gás e WS dopado ₂ material. Além disso, a sensibilidade do WS dopado com P ₂ para NÃO e NÃO ₂ era quase impossível ser afetado por CO ₂ e H ₂ O, enquanto isso para SO ₂ seria alterado na presença de CO ₂ ou H ₂ O. A sensibilidade do WS dopado com Al ₂ para NÃO foi facilmente afetado por H ₂ O, mas difícil de ser influenciado por CO ₂ . No entanto, a sensibilidade do WS dopado com Al ₂ para NÃO ₂ e SO ₂ era difícil de ser afetado por CO ₂ e H ₂ O. Para detecção de NO, o WS dopado com Al e P ₂ com uma concentração de dopante de 7,4% teve melhores propriedades de sensibilidade do que com uma concentração de dopante de 3,7%. Enquanto para SO ₂ detecção, WS Al-dopado ₂ com uma concentração de dopante de 7,4% teve um desempenho responsivo ao enfraquecimento mais pronunciado do que com uma concentração de dopante de 3,7%. A influência da concentração de dopagem no desempenho de detecção do WS dopado com P ₂ era menor do que o WS ₂ dopado com Al . Portanto, nossos cálculos abrangentes podem fornecer materiais bidimensionais dopados com uma referência valiosa para a detecção de gases nocivos.

Disponibilidade de dados e materiais

Todos os dados estão totalmente disponíveis sem restrição.

Abreviações

2D:: Bidimensional
TMDs:: Dissulfetos de metal de transição
DFT:: Teoria da densidade funcional
LDA:: Aproximação de densidade local
DNP:: Dupla polarização numérica mais
DOS:: Densidade de estados
PDOS:: Densidade parcial de estados
LUMO:: Orbital molecular mais baixo desocupado
HOMO:: Orbital molecular ocupado mais alto

Estratégia alternativa para reduzir a recombinação de superfície para diodos emissores de micro-luz InGaN / GaN - diminuindo as barreiras quânticas para gerenciar a disseminação atual Análise fotocatalítica, bactericida e de docking molecular de nanoestruturas de óxido de estanho recozidas

Nanomateriais

Materiais Poliméricos

biológico

Corante

Especiarias