A DFT Study of Volatile Organic Compounds Detection on Pristine and Pt-Decorated SnS Monolayers

单层 吸附 分子 密度泛函理论 选择性 化学 光化学 材料科学 化学工程 分析化学(期刊) 纳米技术 物理化学 催化作用 有机化学 计算化学 工程类
作者
Jiayin Wu,Zhongbao Li,Ai‐Ping Luo,Xiaobo Xing
出处
期刊:Sensors [MDPI AG]
卷期号:23 (17): 7319-7319 被引量:17
标识
DOI:10.3390/s23177319
摘要

Real-time monitoring of volatile organic compounds (VOCs) is crucial for both industrial production and daily life. However, the non-reactive nature of VOCs and their low concentrations pose a significant challenge for developing sensors. In this study, we investigated the adsorption behaviors of typical VOCs (C2H4, C2H6, and C6H6), on pristine and Pt-decorated SnS monolayers using density functional theory (DFT) calculations. Pristine SnS monolayers have limited charge transfer and long adsorption distances to VOC molecules, resulting in VOC insensitivity. The introduction of Pt atoms promotes charge transfer, creates new energy levels, and increases the overlap of the density of states, thereby enhancing electron excitation and improving gas sensitivity. Pt-decorated SnS monolayers exhibited high sensitivities of 241,921.7%, 35.7%, and 74.3% towards C2H4, C2H6, and C6H6, respectively. These values are 142,306.9, 23.8, and 82.6 times higher than those of pristine SnS monolayers, respectively. Moreover, the moderate adsorption energies of adsorbing C2H6 and C6H6 molecules ensure that Pt-decorated SnS monolayers possess good reversibility with a short recovery time at 298 K. When heated to 498 K, C2H4 molecules desorbs from the surface of Pt-decorated SnS monolayer in 162.33 s. Our results indicate that Pt-decorated SnS monolayers could be superior candidates for sensing VOCs with high selectivity, sensitivity, and reversibility.

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