Low Barrier Interface of NiO-Ti 3 C 2 O 2 for Sulfur Hexafluoride Decomposition Gas-Sensing Application: A DFT Study

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作者
Qingfang Zhang,Yufeng Ding,Jitao Zhang,Qianyu Chen,Chenxin Wang,Sihan Zhang,Xiaowan Zheng,Zirui Qin,Zhang Aijuan,Lingzhi Cao,Bochang Li,Genquan Han
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:42 (23): 16733-16743
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.6c01453
摘要

As an insulating medium in electrical equipment, the accurate detection of sulfur hexafluoride (SF 6 ) decomposition products (H 2 S, SO 2, SOF 2 and CO) caused by insulation faults is crucial for safe operation of equipment. Although the intrinsic two-dimensional material Ti 3 C 2 O 2 exhibits affinity toward target gases, its adsorption performance remains limited. To enhance its gas-sensing properties, this study proposes and systematically investigates, based on first-principles calculations, an interface engineering strategy in which NiO-modified Ti 3 C 2 O 2 forms a heterojunction with a low-barrier pseudo-Ohmic contact. Through comprehensive calculations of adsorption configurations, band structure, adsorption energies, charge transfer, density of states (DOS), electron density difference (EDD), and desorption times, the enhancement mechanism induced by NiO modification has been elucidated. The results show that (1) NiO modification introduces highly active sites into Ti 3 C 2 O 2, significantly promoting interfacial charge transfer. (2) All four gases can be spontaneously adsorbed onto NiO-Ti 3 C 2 O 2, with adsorption energies of −1.855, −1.634, −0.993, and −0.785 eV for CO, SO 2, H 2 S, and SOF 2 respectively, indicating that the adsorption strength follows the order CO > SO 2 > H 2 S > SOF 2 . (3) Desorption-time analysis indicates that the material holds potential for rapid response toward H 2 S and SOF 2, while exhibiting strong capture capability for SO 2 and CO at room temperature, suggesting its dual application prospects in high-sensitivity detection and removal.
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