Theoretical calculation of investigating γ-CoV2O6-PdO and γ-CoV2O6 as highly hydrogen sensor

吸附 化学 费米能级 密度泛函理论 化学物理 扩散 带隙 氢键 分子 基质(水族馆) 电导率 工作(物理) 物理化学 材料科学 计算化学 热力学 有机化学 物理 光电子学 电子 地质学 海洋学 量子力学
作者
Ke Xu,Haocheng Fan,Minming Jiang
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:588: 152988-152988 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2022.152988
摘要

• For the first time, atomic sensing mechanism of γ-CoV 2 O 6 -PdO and γ-CoV 2 O 6 towards H 2 gas is studied. • Predicted gases sensing behaviors of γ-CoV 2 O 6 -PdO as well as γ-CoV 2 O 6 consist with experiments results in other work. • Detection of H2 is related to formation of O–H bonds between H2 and O atom in γ-CoV 2 O 6 . • Our analysis provides a basis for designing of γ-CoV 2 O 6 -based gas sensor. The incorporation of PdO is an effective way to enhance the sensitivity of γ-CoV 2 O 6 gas sensors, while the interaction mechanism between gas and γ-CoV 2 O 6 -PdO even γ-CoV 2 O 6 systems are still not clear. In this study, the interaction work between H 2 , NO, H 2 S, acetone and γ-CoV 2 O 6 as well as γ-CoV 2 O 6 -PdO are investigated systematically through density functional theory (DFT) as well as molecular dynamics simulations. According to the obtained adsorption energy, band gap and charge transfers, γ-CoV 2 O 6 and γ-CoV 2 O 6 -PdO exhibits much superior sensitivity towards H 2 gas than other three gases. The mechanism of sensing behavior of H 2 on γ-CoV 2 O 6 is the elongated H-H bond in H 2 and forms a bond with an oxygen atom on the substrate to form H-O-H molecule group. In addition, the adsorption of H 2 on γ-CoV 2 O 6 causes a peak near the Fermi level, and the band gap reduces as well, therefore, the conductivity of γ-CoV 2 O 6 is changed and makes the sensing feasible. For H 2 adsorption, the band gap change rates are 93.8% and 70.8%, which are much higher than other gas molecules. The further comparative research on gases diffusion characteristics indicates that both γ-CoV 2 O 6 and γ-CoV 2 O 6 -PdO H 2 has fast response toward H 2 molecules. Our results present γ-CoV 2 O 6 system can detect H 2 effectively, and when it was decorated by PdO, the sensing behavior of γ-CoV 2 O 6 toward H 2 is improved, indicating it is a promising sensing material of H 2 gas.
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