不同堆叠结构石墨烯对C2H6O的吸附机制研究

邱海峰，李雪，王欢，滕建强，雷绍充，李昕，刘卫华，韩传余，胡龙

(1.中国石化西北油田分公司石油工程技术研究院，830011，乌鲁木齐；2.西安交通大学电子与信息学部，710049，西安)

近年来,石墨烯因其超高热导率、高电子迁移率、化学性质稳定、气体吸附性能好等优点[1-3]成为当前最热门的材料之一。在传感器领域,石墨烯以其优异的机械强度、良好的电学特性、高的比表面积以及良好的稳定性等特点,为其在气体传感器领域开辟了道路[4]。

对于不同气敏材料和不同结构的传感器而言,其最终检测目的都是最大化提高传感器对气体分子的灵敏度[5]。而作为一种二维材料,石墨烯在分子级气体传感器领域具有巨大的优势[6-7]。一方面,石墨烯比表面积大,这使得石墨烯在用于气敏传感器时,每个原子都可以作为活性位点与待测气体发生作用,从而引起电导的急剧变化,产生大的响应[8-9]。另一方面,石墨烯易于修饰,通过化学修饰接上各种官能团[10-12],可对不同的气体进行选择性识别。

目前,通过建模对纯石墨烯进行掺杂或者官能团的修饰,利用密度泛函理论第一性原理方法计算吸附能及电荷转移量等,再从器件级来描述传感器的性能,是研究石墨烯气敏传感机制的主要手段[13]。Leenaerts等人,通过密度泛函理论第一性原理方法,研究了纯石墨烯与H2O、NH3、NO2和NO等气体分子之间的相互作用,发现纯石墨烯对这4种气体分子的吸附属于物理吸附,相互之间作用力很小[14]。Huang等采用第一性原理方法,研究了NH3、NO2、CO、O2、N2、CO2以及NO等小分子在扶手椅型石墨烯纳米条带上的吸附机制。……