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First-Principles Investigation on Ru-Doped Janus WSSe Monolayer for Adsorption of Dissolved Gases in Transformer Oil: A Novel Sensing Candidate Exploration

单层 吸附 兴奋剂 化学吸附 分子 杰纳斯 材料科学 分析化学(期刊) 化学 纳米技术 化学物理 光电子学 物理化学 有机化学
作者
Liang Cao,Ruilong Ma,Mingxin Ran,Hao Cui
出处
期刊:Sensors [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:24 (18): 5967-5967 被引量:3
标识
DOI:10.3390/s24185967
摘要

Using first-principles theory, this work purposes Ru-doped Janus WSSe (Ru-WSSe) monolayer as a potential gas sensor for detection of three typical gas species (CO, C2H2, and C2H4), in order to evaluate the operation status of the oil-immersed transformers. The Ru-doping behavior on the WSSe surface is analyzed, giving rise to the preferred doping site by the replacement of a Se atom with the formation energy of 0.01 eV. The gas adsorption of three gas species onto the Ru-WSSe monolayer is conducted, and chemisorption is identified for all three gas systems with the adsorption energy following the order: CO (−2.22 eV) > C2H2 (−2.01 eV) > C2H4 (−1.70 eV). Also, the modulated electronic properties and the frontier molecular orbital are investigated to uncover the sensing mechanism of Ru-WSSe monolayer upon three typical gases. Results reveal that the sensing responses of the Ru-WSSe monolayer, based on the variation of energy gap, to CO, C2H2, and C2H4 molecules are calculated to be 1.67 × 106, 2.10 × 105, and 9.61 × 103, respectively. Finally, the impact of the existence of O2 molecule for gas adsorption and sensing is also analyzed to uncover the potential of Ru-WSSe monolayer for practical application in the air atmosphere. The obtained high electrical responses manifest strong potential as a resistive sensor for detection of three gases. The findings hold practical implications for the development of novel gas sensing materials based on Janus WSSe monolayer. We anticipate that our results will inspire further research in this domain, particularly for applications in electrical engineering where the reliable detection of fault gases is paramount for maintaining the integrity and safety of power systems.
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