Computational Study on Sensing Properties of Pd‐Decorated Phosphorene for Detecting Acetone, Ethanol, Methanol, and Toluene—A Density Functional Theory Investigation

磷烯 丙酮 吸附 密度泛函理论 甲苯 分子 甲醇 材料科学 化学工程 光化学 化学 化学物理 物理化学 计算化学 纳米技术 有机化学 工程类 单层
作者
Aref Aasi,Sadegh Mehdi Aghaei,Sahar Ebrahimi Bajgani,Balaji Panchapakesan
出处
期刊:Advanced theory and simulations [Wiley]
卷期号:4 (11) 被引量:46
标识
DOI:10.1002/adts.202100256
摘要

Abstract Late reports on the application of black phosphorene for gas sensing have raised great attention to this remarkable 2D material. In this regard, the sensing behavior of phosphorene toward a group of volatile organic compounds (VOCs) is scrutinized. The studied gas molecules are acetone, ethanol, methanol, and toluene as main members of VOCs, along with CO 2 and H 2 O gas molecules. The adsorption of the gases on the pristine and Pd‐decorated phosphorene is studied by employing first‐principles density functional theory (DFT) combined with non‐equilibrium Green's function (NEGF). It is divulged that the selected molecules are weakly adsorbed upon the pristine phosphorene, but after decoration with Pd atom, the adsorption energy, and net charge transfer are improved. It is discovered based on the moderate adsorption energy and large charge transfer for acetone on the Pd‐decorated phosphorene that it can be a suitable sensor for acetone detection. Additionally, recovery time of 2.57 s at the temperature of 350 K, and under ultraviolet (UV) light is achieved after decoration for detection of acetone. Therefore, the authors' theoretical investigations help to better understand the adsorption mechanism of Pd‐decorated phosphorene as a gas sensor and provide a facile approach to broaden its application in industrial, medical, and environmental monitoring.
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