Magnetic ε-Phosphorene for Sensing Greenhouse Gas Molecules

磷烯 分子 化学物理 吸附 顺磁性 化学 材料科学 单层 纳米技术 物理化学 凝聚态物理 有机化学 物理
作者
Zengyao Wang,Hao Wu,Qingyun Wu,Yi-Ming Zhao,Lei Shen
出处
期刊:Molecules [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:28 (14): 5402-5402 被引量:5
标识
DOI:10.3390/molecules28145402
摘要

It is critical for gas sensors that sense greenhouse gas molecules to have both good sensitivity and selectivity for water molecules in the ambient environment. Here, we study the charge transfer, IV curves, and electric field tuning of vanadium-doped monolayer ϵ-phosphorene as a sensor for NO, NO2, and H2O gas molecules via first-principle and transport calculations. We find that the paramagnetic toxic molecules of NO and NO2 have a high adsorption energy on V-ϵ-phosphorene, which originates from a large amount of charge transfer driven by the hybridisation of the localised spin states of the host with the molecular frontier orbital. Using the non-equilibrium Green’s function, we investigate the IV responses with respect to the adsorption of different molecules to study the performance of gas molecule sensors. Our IV curves show a larger amount of changes in resistance of the paramagnetic NO and NO2 than nonmagnetic H2O gas molecules, suggesting both sensitivity and selectivity. Moreover, our calculations show that an applied external electric field (gate voltage) can effectively tune the amount of charge transfer. More charge transfer makes the sensor more sensitive to the molecule, while less charge transfer can reduce the adsorption energy and remove the adsorbed molecules, allowing for the repeated use of the sensor.
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