Investigating the adsorption performance of CO, NO, NO2, NH3, and H2S molecules on C9N4 through DFT for potential gas sensor applications

吸附 密度泛函理论 催化作用 电化学 分子 工作(物理) 金属 化学 过渡金属 材料科学 物理化学 化学物理 计算化学 热力学 电极 物理 有机化学
作者
Yuan Hu,Lili Liu,Shenghua Zhang,Xiuying Chen
出处
期刊:Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects [Elsevier BV]
卷期号:689: 133716-133716 被引量:28
标识
DOI:10.1016/j.colsurfa.2024.133716
摘要

In this work, the feasibility of using transition metal doped C9N4 as an efficient gas sensor is comprehensively investigated by density functional theory methods. Firstly, the calculated Ef and Udiss values show that most of M-C9N4 and M2-C9N4 have good thermodynamic and electrochemical stability. Secondly, for CO, NO, NO2, NH3, and H2S on Cr-C9N4, the Eads values are −2.07, −3.05, −2.53, −1.76, and −2.14 eV, respectively. For these gases on Fe2-C9N4, the Eads values are −2.60, −3.07, −2.45, −2.39, and −2.21 eV, respectively. The results show that Cr-C9N4 and Fe2-C9N4 have good adsorption strengths for all gases, which can provide good theoretical guidance for the design of excellent sensing materials. Finally, by calculating band structures of all catalysts, they all have small band gap values, such as, Fe2-C9N4 with the 0.10 eV, which all shows stable catalysts possess good conductive properties. The DOS results show that there is an obvious orbital hybridization between metal, N, C, and O atoms, indicating that there is a certain interaction between them, which is an important factor leading to the good adsorption of the catalyst to the molecular gas. This work can provide theoretical guidance for searching efficient sensor materials.
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