Sn3C2 monolayer with transition metal adatom for gas sensing: a density functional theory studies

材料科学 单层 过渡金属 密度泛函理论 金属 凝聚态物理 化学物理 原子物理学 纳米技术 计算化学 冶金 物理 催化作用 化学 生物化学
作者
Kingsley Onyebuchi Obodo,Cecil Naphtaly Moro Ouma,J. T. Obodo,G. Gebreyesus,P. Raics,Aniekan Magnus Ukpong,B. Bouhafs
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
卷期号:32 (35): 355502-355502 被引量:13
标识
DOI:10.1088/1361-6528/ac04d0
摘要

The gas sensing properties of pristine Sn3C2monolayer and different transition metal adatom (TM-Sn3C2, where TM = Fe, Co, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd and Ag) was investigated using van der Waals corrected density functional theory. The understanding and potential of use of Sn3C2monolayers as sensors or adsorbent for CO, CO2, NO, NO2and SO2gaseous molecules is evaluated by calculating the adsorption and desorption energetics. From the calculated adsorption energies, we found that the pristine Sn3C2monolayer and 3dTM has desirable properties for removal of the considered molecules based on their high adsorption energy, however the 4dTM is applicable as recoverable sensors. We applied an Arrhenius-type equation to evaluate the recovery time for the desorption of the molecules on the pristine and TM adatom on Sn3C2monolayer. We found that the negative adsorption energies from -1 to -2 eV of the molecules resulted in easier recovery of the adsorbed gases at reasonable temperatures compared to adsorption energies in between 0 and -1 eV (weakly physiosorbed) and below -2 eV (strongly chemisorbed). Hence, we obtained that the Rh-Sn3C2, Ru-Sn3C2, Pd-Sn3C2, Pd-Sn3C2, and Rh-Sn3C2monolayers are good recoverable scavengers for the CO, CO2, NO, NO2, and SO2molecules. The current theoretical calculations provide new insight on the effect of TM adatoms on the structural, electronic, and magnetic properties of the Sn3C2monolayer and different transition metal adatom as well as shed light on their application as gas sensors/scavengers.

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