Sensores de WS₂ Dopados com Al e P: Detecção Aprimorada de NO, NO₂ e SO₂ via Análise de Primeiros Princípios

Resumo

Dicacogenetos de metais de transição bidimensionais (2D TMDs), como WS₂, são considerados com potencial para sensores de gás de alto desempenho. É uma pena que a interação entre gases e WS₂ 2D puro como elemento sensível seja muito fraca, de modo que a resposta do sensor é difícil de detectar. Neste trabalho, as capacidades de detecção de WS₂ dopado com Al e P para NO, NO₂ e SO₂ foram avaliadas. Especialmente, consideramos a seletividade para gases-alvo e a 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 da perspectiva de energia de ligação, estrutura de banda e densidade de estados (DOS). Os resultados sugeriram que átomos de dopagem poderiam aumentar a força de adsorção entre moléculas de gás e substrato. Além disso, a sensibilidade de WS₂ dopado com P para NO e NO₂ foi dificilmente afetada por CO₂ ou H₂O. A sensibilidade de WS₂ dopado com Al para NO₂ e SO₂ também foi difícil de ser afetada por CO₂ ou H₂O. Para detecção de NO, o WS₂ com concentração de dopante de 7,4% teve melhores propriedades sensíveis do que aquele com concentração de dopante de 3,7%. Enquanto para SO₂, o resultado foi exatamente o oposto. Este trabalho forneceu uma referência abrangente para escolher dopantes apropriados (concentração) em materiais 2D para detecção de gases nocivos.

Introdução

Óxidos de nitrogênio e dióxido de enxofre são amplamente utilizados na produção industrial. Por exemplo, óxido nítrico (NO) poderia ser usado como fonte de nitrogênio para processos de dopagem na indústria de semicondutores, e dióxido de enxofre (SO₂) poderia ser usado para prevenir a deterioração da uva [1]. No entanto, esses gases não são apenas prejudiciais, mas também poderiam causar sérios problemas ambientais, como chuva ácida ou smog fotoquímico [2, 3]. É necessário monitorar o vazamento desses gases em aplicações industriais. Entre pesquisas anteriores, sensores de gás de óxido metálico foram amplamente estudados, mas têm desvantagens de instabilidade e condições de trabalho limitadas [4]. Portanto, é de considerável significância encontrar novos materiais para detectar esses gases [5]. Para detectar moléculas de gás efetivamente, os materiais devem ter uma grande relação volume/superfície e força de ligação suficiente para adsorver moléculas de gás [6, 7]. A descoberta de grafeno e propriedades raras de detecção de gás [8] motivou pesquisadores a voltarem sua atenção para materiais 2D [9, 10].

Entre materiais 2D, dissulfetos de metais de transição (TMDs) atraíram muita preocupação na área de detecção de gás devido às suas propriedades semicondutoras estáveis e mobilidade de portadores apropriada [11,12,13]. Especialmente como um tipo típico de TMDs, WS₂ tem várias propriedades únicas para materiais sensores [14, 15], como excelente estabilidade térmica, estrutura de banda ajustável [16, 17] e baixo custo. No entanto, WS₂ 2D puro como elemento sensível tem algumas desvantagens, como adsorção fraca com gases-alvo, que não pode capturar moléculas de gás efetivamente [18]. Neste caso, dopagem é amplamente usada em materiais 2D para ajustar propriedades de superfície e força de ligação entre materiais e moléculas de gás e melhorar a adsorção e capacidade de detecção de gases [19, 20]. Claro, diferentes dopantes têm efeitos diferentes no desempenho de detecção. Portanto, substratos sensíveis dopados devem encontrar impurezas adequadas para melhorar seu desempenho de detecção. Por exemplo, WS₂ dopado com Pd já mostrou sua melhoria em relação aos seus equivalentes puros na detecção de gás [6, 21]. Infelizmente, a maioria dos estudos anteriores sobre WS₂ dopado como elemento sensível focou apenas na força de ligação e transferência de carga entre moléculas de gás e filmes de camada única. Seletividade de adsorção a gases e a influência da concentração de dopagem são frequentemente negligenciadas. Neste trabalho, exploramos de forma abrangente não apenas a força de ligação e transferência de carga, mas também a seletividade de adsorção a gases-alvo e a influência das concentrações de dopagem.

Aqui, considerando que átomos de Al e P têm raio covalente próximo e estrutura eletrônica semelhante com átomos de S, é mais fácil para eles substituírem átomos de S e formarem estrutura covalente estável. Muitos estudos anteriores investigaram materiais com dopagem por substituição de átomos de S [22,23,24,25]. Portanto, este trabalho explorou o desempenho de detecção de WS₂ dopado com Al e P com a ajuda de DFT. As propriedades de detecção dos sistemas dopados foram comparadas com as do não dopado em termos de energia de ligação, estrutura de banda e densidade de estados. Provou que WS₂ dopado com átomos de Al ou P tinha vantagens aparentes sobre o WS₂ puro na detecção desses gases. Além de NO, NO₂ e SO₂, consideramos CO₂ e H₂O como gases perturbadores 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 a 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 de primeiros princípios foram baseados em DFT [26, 27]. A aproximação de densidade local (LDA) com a função PWC foi selecionada para tratar a troca e correlação de elétrons. Para aliviar a carga de computação, kernel (pseudopotenciais DFT semi-core) foi substituído por um único potencial efetivo. Conjunto de base orbital numérico duplo e função de polarização orbital (DNP) foi escolhido. O raio de corte orbital global foi definido como 4,9 Å para garantir precisão suficiente. Os k-pontos 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 de W e 18 átomos de S foi estabelecida, como mostrado na Fig. 1a. Para os modelos de WS₂ dopado, um átomo de S foi substituído por um átomo de P ou Al [28], como mostrado na Fig. 1b–d. Então, uma otimização de geometria foi realizada. Após isso, a molécula de gás foi colocada acima do plano WS₂ para construir o modelo de adsorção de gás. Três sítios para a molécula de gás adsorvida foram escolhidos. Eram o topo de átomos de S ou dopantes (I), o topo do ponto médio da ligação entre o átomo dopado e o átomo de W ou S (II), e o centro da estrutura hexagonal (III), como mostrado na Fig. 1a–c. Após as otimizações de geometria para cada sistema de adsorção, as construções geométricas com a adsorção de gás mais estável foram encontradas. A energia de ligação (E_bind) poderia refletir a interação entre o material e a molécula de gás adsorvida 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_gas representa a energia da molécula de gás isolada [29]. Um valor absoluto mais considerável de E_bind representa uma força de interação mais potente entre o material e moléculas de gás.

A energia de formação (E_fm), que poderia refletir a dificuldade de formar um sistema de dopagem e a estabilidade do sistema, foi calculada pela função abaixo:

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

onde E_s é a energia total do átomo de S substituído, e E_dopant representa a energia total dos átomos dopantes. 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, correspondendo a WS₂ puro, Al-dopado e P-dopado, respectivamente. Na Fig. 1d–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 de 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 sítio energeticamente favorável para cada adsorvato foi usado na discussão subsequente. As energias de ligação dos sistemas WS₂ dopado com 3,7% P e Al no sítio energeticamente favorável foram mostradas na Tabela 1. A energia de ligação do sistema WS₂ puro foi mostrada na Tabela S1. Então, de acordo com os resultados de energia de ligação, a interação entre moléculas de gás e WS₂ puro foi tão fraca que foi difícil para o material substrato adsorver moléculas de gás estavelmente. A energia de ligação do sistema NO-WS₂ puro foi até positiva. No entanto, a introdução de dopante poderia aumentar significativamente a força de adsorção entre gás e WS₂, especialmente para WS₂ dopado por átomo de Al. Entre todos os casos de dopagem, a força de adsorção foi a menor, enquanto SO₂ adsorveu em P–WS₂. Além disso, além de Al e P, outros elementos no mesmo período ou família com S, como O, Si, Cl ou Se, também foram considerados. O caso de WS₂ dopado com Fe e substituído por W foi mostrado na Fig. S1, enquanto sistemas WS₂ com esses dopantes tinham ou pouca estabilidade (alto E_fm) ou interação fraca com moléculas de gás. Considerando isso, esses dopantes não foram envolvidos nos estudos subsequentes. Os sítios energeticamente favoráveis (menor energia de ligação negativa) de moléculas de NO, NO₂ e SO₂ adsorvidas no WS₂ dopado foram mostrados nas Fig. S2, S3 e S4, respectivamente.

As estruturas de banda de WS₂ monocamada puro e dopado com Al e P foram apresentadas na Fig. 2. Os resultados de densidade de estados projetada (PDOS) foram mostrados na Fig. S5. A monocamada 2H WS₂ é um semicondutor com banda proibida direta no ponto Γ. Para WS₂ dopado com átomo de Al, a impureza introduziu estados de interface na região da banda proibida da monocamada 2H WS₂. Além disso, a presença de átomo de metal forma a barreira de Schottky com o nível de Fermi fixado na região de superfície do semicondutor. A posição de fixação está dentro de 0,2 eV do nível de Fermi do primeiro semicondutor [5]. Propriedades metálicas são trazidas por dopantes metálicos [30]. Ao mesmo tempo, o átomo de P introduziu bandas de energia misturadas com a banda de condução e valência de WS₂. Estruturas de banda de WS₂ dopado após adsorção de gás foram mostradas na Fig. S6. Consequentemente, nos casos de NO em WS₂ dopado com Al, NO em WS₂ dopado com P e SO₂ em WS₂ dopado com Al, a largura da banda proibida do material teve uma mudança evidente após as moléculas de gás serem adsorvidas. Estudos anteriores mostraram que uma banda proibida estreitada significa menor estabilidade cinética, maior atividade química e uma transição de elétrons mais natural da banda de valência para a banda de condução [31, 32]. Assim, após adsorção de gás, mudanças evidentes na banda proibida de materiais dopados os tornaram possíveis de serem substratos sensíveis para detectar a existência de moléculas de gás.

Baseado na transferência de carga entre moléculas de gás e materiais substrato, a detecção de gás pode ser completada por sensores de gás. De acordo com a teoria tradicional de transferência de carga, o mecanismo do processo de transferência de carga entre gás e WS₂ foi mostrado na Fig. 3. LUMO é o orbital molecular não ocupado mais baixo, enquanto HOMO é o orbital molecular ocupado mais alto. 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. adicionaram que o mecanismo de transferência de carga seria decidido pela mistura orbital de LUMO e HOMO com o material substrato se E_f estiver entre LUMO e HOMO, como mostrado na Fig. 3a [5]. Se o LUMO for mais baixo que o nível de Fermi de WS₂, elétrons fluirão de WS₂ para molécula de gás mostrado na Fig. 3b [7]. Após atingir o estado de equilíbrio, o E_f do sistema de adsorção é o mesmo que LUMO. Inversamente, se o HOMO for mais alto que o nível de Fermi de WS₂, elétrons fluirão de moléculas de gás para WS₂ mostrado na Fig. 3c [5]. O E_f do sistema de adsorção é o mesmo que LUMO sob estado de equilíbrio. As iso-superfícies de LUMO e HOMO de orbitais moleculares de NO, NO₂ e SO₂ foram mostradas na Fig. 4a–c, respectivamente. A energia de LUMO e HOMO e E_f de WS₂ foram apresentadas na Tabela S2. De acordo com a tabela, E_f estava entre LUMO e HOMO nos sistemas de adsorção dopados com Al e P. Portanto, é necessário explorar a mistura orbital entre LUMO e HOMO de moléculas de gás e o material substrato.

DOS foi empregado para discutir ainda mais a distribuição de elétrons e 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. Linhas pretas e vermelhas eram as curvas DOS de gases e dopantes, respectivamente. E linhas azuis e oliva eram as de átomos de S e W, respectivamente. Após adsorção de gás, devido à interação orbital, a redistribuição de elétrons ocorreu em todo o sistema, o que levaria a sobreposições de picos DOS entre o gás e material substrato. As sobreposições de picos DOS significavam 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 transferência de carga, de modo que pode aumentar a interação de adsorção entre gás e superfície do material [34,35,36]. Portanto, a mistura entre orbitais moleculares foi comparada para avaliar os efeitos de adsorção de moléculas de gás. Na Fig. 5a, a mistura orbital entre molécula de NO e átomo de Al estava em − 12,62 e − 8,11 eV. E a mistura orbital entre molécula de NO e átomos de Al, S e W estava a 2,02 eV. Na Fig. 5b, a mistura orbital entre molécula de NO₂ e átomo de Al estava em − 19,60, − 11,60 e − 8,44 eV. E a mistura orbital entre molécula de NO₂ e átomos de Al, S e W estava a 0 eV. Na Fig. 5c, a mistura orbital entre molécula de SO₂ e átomo de Al estava em − 12,09 eV. A mistura orbital entre molécula de SO₂ e átomos de Al e S estava em − 8,27 eV. A mistura orbital entre molécula de SO₂ e átomos de Al, S e W estava a 1,75 eV. Na Fig. 5d, a mistura orbital entre molécula de NO e átomo de P estava em − 12,21 eV. E a mistura orbital entre molécula de NO e átomos de P, S e W estava em − 10 eV. Na Fig. 5e, a mistura orbital entre molécula de NO₂ e átomo de P estava em − 12,63 eV. E a mistura orbital entre molécula de NO₂ e átomos de P, S e W estava em − 9,66 e − 5,51 eV. Na Fig. 5f, a mistura orbital entre molécula de SO₂ e átomos de S estava em − 9,25 eV. Dos resultados acima, pode-se encontrar que a presença de impurezas resulta em mais mistura orbital. Além disso, a mistura orbital nos sistemas com átomo de Al dopado é maior que nos sistemas com átomo de P dopado, indicando interação mais forte entre moléculas de gás e substrato em sistemas dopados com Al, o que concordou bem com os resultados de energia de ligação. Em suma, a introdução de impurezas pode fornecer mais picos ativados em toda a banda, aumentando assim a possibilidade de mistura orbital entre o substrato e moléculas de gás.

Para avaliar ainda mais o potencial de detecção de WS₂ dopado com Al e P, CO₂ e H₂O também foram considerados para testar a seletividade de WS₂ dopado com Al e P para gás-alvo. Similar à adsorção de NO, NO₂ ou SO₂, o sítio de adsorção mais estável entre três sítios com alta simetria geométrica em WS₂ foi mostrado na Fig. S7(a), (b), (c) e (d). Os resultados de energia de ligação foram apresentados na Tabela S3, e resultados de estrutura de banda foram mostrados na Fig. S7(e), (f), (g) e (h). O comprimento de ligação de C=O em CO₂ isolado e O–H em H₂O isolado foi 1,175 Å e 0,971 Å, respectivamente. Eles não mudaram muito após gás adsorver no WS₂ dopado, exceto para H₂O adsorvido em Al-WS₂. Isso indicou que a interação entre molécula de H₂O e WS₂ dopado com Al foi a mais forte. De acordo com a Tabela 2, a energia de ligação calculada de H₂O em Al-WS₂ foi − 1,69 eV.

Todos esses resultados apontaram para uma possibilidade de que WS₂ dopado com Al teria pouca seletividade para gás-alvo sob a existência de H₂O. Para confirmar ainda este ponto, a análise DOS foi realizada, mostrada na Fig. 6. Para a Fig. 6b, no grupo de H₂O em Al-WS₂, as sobreposições de picos DOS entre o gás e material substrato perto de E_f (0 eV) foram muito mais aparentes que as outras três. Isso provou uma interação forte e mais possibilidade de transferência de carga entre molécula de H₂O e Al-WS₂. Além disso, mais mistura orbital entre a molécula de H₂O e átomo de Al poderia ser encontrada, o que forneceu mais evidência para a interação. Disto, poderíamos concluir que WS₂ dopado com Al como material sensor seria facilmente afetado por H₂O. A energia de ligação foi − 0,18 e − 0,27 eV com CO₂ e H₂O adsorvendo em WS₂ dopado com P, respectivamente. Esses resultados foram menores que a energia de ligação de NO (− 0,87 eV) e NO₂ (− 1,27 eV), mas muito próximos da energia de ligação de SO₂ (− 0,29 eV) em WS₂ dopado com P. Na Fig. 6c, a mistura orbital entre molécula de CO₂ e átomo de P estava em − 12,63 e − 9,66 eV. Na Fig. 6d, a mistura orbital entre molécula de H₂O e átomos de S estava em − 9,25 eV. Portanto, a sensibilidade de WS₂ dopado com P para SO₂ foi facilmente afetada na presença de CO₂ ou H₂O quando energia de ligação e mistura orbital foram levadas em consideração simultaneamente.

A dopagem de átomo único (concentração de dopagem 3,7%) foi discutida nas partes acima. Considerando que diferentes concentrações de dopagem tinham impacto no desempenho de detecção, o caso de dopagem diatômica (concentração de dopagem 7,4%) também foi discutido no modelo WS₂ 3 × 3. Átomos de S ainda foram substituídos por átomos dopantes. Havia quatro situações para locais de dopagem mostradas na Fig. S8. Para WS₂ dopado com Al, foram nomeados como 2Al-1, 2Al-2, 2Al-3 e 2Al-4, respectivamente. Para WS₂ dopado com P, foram nomeados como 2P-1, 2P-2, 2P-3 e 2P-4, respectivamente. Então, a energia de formação de cada sistema de dopagem foi calculada para avaliar a dificuldade de formar essas estruturas. Quanto menor a energia de formação, mais fácil a formação da configuração. Os resultados da energia de formação foram mostrados na Tabela S4. A estrutura 2Al-1 foi escolhida pois tem a menor energia de formação entre os quatro casos. Similarmente, 2P-1 e 2P-3 foram ambos escolhidos pois têm energias de formação adjacentes.

De acordo com resultados de estrutura de banda (Fig. S6), WS₂ dopado com Al teve excelente desempenho de adsorção para NO e SO₂ do que NO₂ quando a concentração de dopagem foi 3,7%. E WS₂ dopado com P teve desempenho de adsorção superior para NO do que NO₂ e SO₂. Portanto, para WS₂ dopado com Al, apenas NO e SO₂ foram considerados quando a concentração de dopagem foi 7,4%. Para WS₂ dopado com P, apenas NO foi considerado. Baseado 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 os resultados de energia de ligação foram mostrados na Tabela S5. DOS desses sistemas foram apresentados na Fig. 7. Na Fig. 7a, a mistura orbital entre molécula de NO e átomos de Al estava em − 6,51, − 3,25 e − 0,75 eV, respectivamente. A mistura orbital entre molécula de NO e átomos de S e W estava a 1,78 eV. Na Fig. 7b, a mistura orbital entre molécula de SO₂ e átomos de S estava em − 19,69 eV. A mistura orbital entre molécula de SO₂ e átomos de S e Al estava em − 10,91 eV. Na Fig. 7c, a mistura orbital entre molécula de NO e átomos de P estava em − 7,67 eV. A mistura orbital estava em − 0,86 eV entre molécula de NO e átomos de P e W. A mistura orbital estava em − 2,39 eV entre molécula de NO e átomos de P, S e W. Na Fig. 7d, a mistura orbital entre molécula de NO e átomos de W estava em − 12,55 e − 0,76 eV, respectivamente. Comparando Fig. 7a com Fig. 5a, pode-se observar que a mistura orbital e energia de ligação se fortaleceram, o que indicou que concentração de dopagem Al 7,4% induziu maior desempenho de adsorção de NO que 3,7%. Comparando Fig. 7b com Fig. 5c, a mistura orbital e energia de ligação enfraqueceram, sugerindo que concentração de dopagem Al 7,4% causou desempenho de adsorção de SO₂ mais pobre que 3,7%. E a energia de ligação negativa do sistema 2P-1 foi menor que a de 2P-3, de acordo com a Tabela S5. Portanto, o desempenho de adsorção do sistema 2P-3 foi mais pobre que o 2P-1, da perspectiva de energia de ligação e mistura orbital, então, comparando a estrutura 2P-1 com Fig. 5d. Comparando Fig. 7c com Fig. 5d, a mistura orbital e energia de ligação foram fortalecidas e isso indicou que concentração de dopagem P 7,4% pode trazer melhor desempenho de adsorção de NO que 3,7%. Em suma, pôde-se observar que a influência de diferentes concentrações de dopagem no desempenho de detecção de WS₂ dopado com P foi menor que a de WS₂ dopado com Al.

Por outro lado, as energias de ligação de todos os sistemas de adsorção foram mostradas na forma de gráfico de colunas na Fig. 7e. De acordo com a Fig. 7e, ambas as concentrações de 3,7% e 7,4% de dopagem poderiam aumentar a força de adsorção do sistema comparado com o sistema WS₂ puro. Para os sistemas dopados com dois átomos de P, 7,4% de dopagem melhorou a força de adsorção mais que 3,7% de dopagem, especialmente para gás NO adsorvendo. Para os sistemas dopados com dois átomos de Al, a força de adsorção para gás NO aumentou. Enquanto a força de adsorção para SO₂ ou NO₂ diminuiu, e aquela nos casos com SO₂ diminuiu mais que nos casos com NO₂. No geral, o aumento da concentração de dopagem teve maior influência na força de adsorção de sistemas dopados com Al que nos dopados com P.

Conclusão

Neste trabalho, usando primeiros princípios, cálculos teóricos foram realizados para avaliar a influência de dopantes Al e P e sua concentração de dopagem no desempenho sensível de WS₂ para moléculas de NO, NO₂ e SO₂. O trabalho também explorou a seletividade para gases-alvo na presença de gases CO₂ e H₂O. Para a estrutura de banda após adsorção de gás, a mudança de banda proibida e níveis baixos perto do nível de Fermi significaram que WS₂ dopado teve grande potencial para ser usado como sensor de gás tipo resistência para NO ou SO₂. De acordo com os resultados de energia de ligação, tanto WS₂ dopado com Al quanto com P tiveram energia de ligação negativa menor para moléculas de gás que o WS₂ puro, indicando a melhoria da força de adsorção devido à presença de impureza. 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 substrato. Portanto, houve mais transferência de carga e interação de ligação mais forte entre moléculas de gás e material WS₂ dopado. Além disso, a sensibilidade de WS₂ dopado com P para NO e NO₂ foi quase impossível de ser afetada por CO₂ e H₂O, enquanto a de SO₂ seria alterada na presença de CO₂ ou H₂O. A sensibilidade de WS₂ dopado com Al para NO foi facilmente afetada por H₂O, mas difícil de ser influenciada por CO₂. No entanto, a sensibilidade de WS₂ dopado com Al para NO₂ e SO₂ foi difícil de ser afetada por CO₂ e H₂O. Para detecção de NO, WS₂ dopado com Al e P com concentração de dopante de 7,4% teve melhores propriedades sensíveis que aquele com concentração de dopante de 3,7%. Enquanto para detecção de SO₂, WS₂ dopado com Al com concentração de dopante de 7,4% teve desempenho responsivo mais enfraquecido que aquele com concentração de dopante de 3,7%. A influência da concentração de dopagem no desempenho de detecção de WS₂ dopado com P foi menor que a de WS₂ dopado com Al. Portanto, nossos cálculos abrangentes poderiam fornecer materiais bidimensionais dopados com uma referência valiosa para detecção de gases nocivos.