Computational Design of the Electronic Response for Volatile Organic Compounds Interacting with Doped Graphene Substrates

石墨烯 工作职能 材料科学 化学物理 偶极子 吸附 合理设计 兴奋剂 纳米技术 密度泛函理论 甲苯 工作(物理) 化学 计算化学 光电子学 有机化学 热力学 物理 图层(电子)
作者
Li Chen,David Bodesheim,Ahmad Ranjbar,Arezoo Dianat,Robert Biele,Rafael Gutiérrez,Mohammad Khazaei,Gianaurelio Cuniberti
出处
期刊:Nanomaterials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:14 (22): 1778-1778 被引量:3
标识
DOI:10.3390/nano14221778
摘要

Changes in the work function provide a fingerprint to characterize analyte binding in charge transfer-based sensor devices. Hence, a rational sensor design requires a fundamental understanding of the microscopic factors controlling the modification of the work function. In the current investigation, we address the mechanisms behind the work function change (WFC) for the adsorption of four common volatile organic compounds (toluene, ethanol, 2-Furfurylthiol, and guaiacol) on different nitrogen-doped graphene-based 2D materials using density functional theory. We show that competition between the surface dipole moment change induced by spatial charge redistribution, the one induced by the pure adsorbate, and the one caused by the surface deformation can quantitatively predict the work function change. Furthermore, we also show this competition can explain the non-growing work function change behavior in the increasing concentrations of nitrogen-doped graphenes. Finally, we propose possible design principles for WFC of VOCs interacting with N-doped graphene materials.
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