铁掺杂五边形石墨烯对CO气敏性的第一性原理研究

作     者：邵志刚 万龙飞 刘平平 SHAO Zhigang;WAN Longfei;LIU Pingping

作者机构：广东省量子调控工程与材料重点实验室/物理国家级实验教学示范中心/广东省绿色能源与环保材料工程中心/华南师范大学物理学院广州510006 

出 版 物：《华南师范大学学报（自然科学版）》 (Journal of South China Normal University(Natural Science Edition))

年 卷 期：2023年第55卷第5期

页      面：59-64页

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52072132) 

主　　题：五边形石墨烯 一氧化碳 输运性质 第一性原理 

摘      要：基于非平衡格林函数结合密度泛函理论,采用第一性原理计算了五边形石墨烯(PG)、CO/PG、Fe-PG和CO/Fe-PG这4种体系的电子性质和输运性质,探究PG以及Fe-PG对CO分子的气敏性。首先,Fe-PG在吸附CO分子过程中大量电荷发生转移,同时具有较低的吸附能,说明CO分子与Fe-PG之间的相互作用较强,表明Fe-PG体系对CO分子的吸附更加敏感。其次,计算出了4种体系的态密度,结果发现Fe-PG和CO/Fe-PG体系之间的态密度发生较大变化,这进一步说明了CO分子与Fe-PG之间具有较强的相互作用,Fe-PG体系对CO分子的吸附具有较为敏感的特性。最后,计算其输运性质,通过输运电流的结果对比发现Fe-PG对CO分子的敏感度比原始PG高出2个数量级,且在零偏压下的透射谱进一步证明Fe-PG是一种检测CO分子的良好传感材料。该研究表明,在PG结构体系中适当引入Fe原子掺杂,可以大幅提升PG对CO分子的气敏性。