改性石墨烯纳米材料气敏特性的理论研究.pdf

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1、第32卷第4期深圳大学学报理工版Vo1．32No．42015年7月JOURNALOFSHENZHENUNIVERSITYSCIENCEANDENGINEERINGJuly2015【材料科学／MaterialsScience】改性石墨烯纳米材料气敏特性的理论研究瞻亚楠，申梓刚，陈卫光，李成刚，潘立军郑州师范学院量子材料研究中心，物理与电子工程学院，郑州450044摘要：利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究单个CO和0，气体分子在多种金属原子修饰的石墨烯表面的吸附作用．结果表明，空位缺陷结构

2、的石墨烯能够显著提高金属原子的稳定性，失去部分电荷的金属原子有助于调控气体分子的吸附特性．对比发现，单个金属A1和Mo原子掺杂的石墨烯体系对0，分子具有极高的灵敏性和选择性．通过不同气体分子的吸附能够调控石墨烯体系的电子结构和磁性．研究结果测试了不同金属原子修饰石墨烯表面的反应活性，为设计新型金属-石墨烯功能器件提供参考．关键词：表面与界面物理学；密度泛函理论；石墨烯；气敏性能；电子结构；磁性；功能器件中图分类号：0641文献标志码：Adoi：10．3724／SP．J．1249．2015．0436

3、5TheoreticalstudyongassensitivityofmodifiedgrapheneTangYa’nan，ShenZigang，ChenWeiguang，LiChenggang，andPanLijunQuantumMaterialsResearchCenter，CollegeofPhysicsandElectronicEngineering，ZhengzhouNormalUniversity，Zhengzhou450044，P．R．ChinaAbstract：Weinvestig

4、atetheadsorptionofsingleCOmoleculeandO2moleculeonmetalatomdecoratedgraphene(MA—graphene)suEfaeesbymeansofthefirst—principlesmethodbasedondensityfunctionaltheory．Theresultsshowthatvacancydefectsingraphenecanimprovethestabilityofmetalatomabsorption，andm

5、akethemetalatomsbemorepositivelychargedduetotheirlossesofelectrons，thusfacilitatingtheadsorptionofgasmolecules．Com-paredwithotherMA—graphenes，thesingleA1andMoatomembeddedgraphenesheetsexhibithighersensitivityandselectivityforthe02molecules．Furthermore

6、，theelectronicstructureandmagneticpropertyofMA—graphenesystemscanberegulatedbytheadsorbedgasmolecules．Ourresultsvalidatethereactivityofgraphenesurfaceabsorbedbysinglemetalatomsandprovideatheoreticalviewfordesigningnewmetal—graphenefunctionaldevices．Ke

7、ywords：surfaceandinterfacephysics；densityfunctionaltheory；graphene；gassensitivity；electronicstructure；magneticproperty；functionaldevice以半导体为气敏材料的传感器具有体积小、灵好⋯、化学性能稳定、导电性和热传导性好等优敏度高、响应快和成本低的特点，被广泛用于工点[33，极高的比表面积有助提高其作为催化剂的业、环保、气体泄漏、气象监测及自动控制等领使用效率．因易于集成

8、和功能化，石墨烯基气敏器域．相比传统的半导体材料，石墨烯具有机械特性件具有广阔的应用前景．气敏传感器是通过被检测Received：2015一O4．01；Accepted：2015一O4—15Foundation：NagonalNatttra[ScienceFouadatiouofChina(Ut404t09)；ScienceFundofEducationalDepartmentofHenanProvince(14B140019)tCorrespondingallthor：Assoc