Transition Metal (Co, V, W, Zr) Single-Atom Decorated Biphenylene for Enhancing the Sensing Performance of SF6 Decomposition Molecules

单层 物理吸附 吸附 工作职能 化学吸附 分子 材料科学 之字形的 化学物理 化学 纳米技术 物理化学 金属 有机化学 几何学 数学
作者
Cheng Luo,Tong Chen,Kangwei Cen,Luzhen Xie,Xiansheng Dong,Xianbo Xiao
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:40 (18): 9490-9500 被引量:39
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.4c00035
摘要

The highly sensitive gas sensors used to monitor the decomposition of toxic gases in the dielectric materials of electrical equipment are vital in preventing safety problems arising from corrosion of the equipment. Recently, biphenylene (BPN) has been prepared through surface interpolymer hydrofluorination (HF zipper) reaction, whereas potential gas-sensitive devices based on the BPN monolayer have lacked in-depth investigation. The stable geometries, adsorption energies, interlayer distances, and charge transfers of small molecules of toxic gases (H2S, SO2, SOF2, SO2F2) produced by SF6 chalcogenide molecules of decomposition adsorbed on the original BPN monolayer are systematically researched by using nonequilibrium Green's function methods and density functional theory. The results indicated that all small molecules adsorbed on the BPN monolayer are physisorbed, while the type of adsorption turned from physisorption to chemisorption when BPN carried out adsorption with adsorbing a transition metal atom (TMA). In addition, the characteristics of current-voltage (I-V) curves of H2S and SO2 based on the TMA-BPN gas sensors revealed that the currents in BPN-based gas sensors displayed an obvious anisotropy, and the currents in the zigzag direction are larger than that in the armchair orientation regardless of the molecular adsorption cases. Moreover, the difference of currents for TMA-decorated BPN sensors changed more remarkably before and after the adsorption of H2S and SO2 in the zigzag direction. This work offers insights into the design of gas-sensitive devices through the adsorption of small molecules on the TMA-decorated BPN monolayer.
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