Metal-doped graphitic carbon nitride (g-C3N4) as selective NO2 sensors: A first-principles study

石墨氮化碳 分子 兴奋剂 吸附 金属 密度泛函理论 材料科学 态密度 无机化学 化学 物理化学 计算化学 有机化学 催化作用 光催化 物理 冶金 光电子学 凝聚态物理
作者
Yanping Zhang,Aijun Du,Neha S. Gandhi,Yan Jiao,Yaping Zhang,Xiaoyan Lin,Xiong Lu,Youhong Tang
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:455: 1116-1122 被引量:84
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2018.06.034
摘要

In this research, the potential application of metal-doped g-C3N4 as highly sensitive molecule sensors for NO2 detection was studied using density function theory (DFT) calculations. Various metal-doped (Ag-, Au-, Co-, Cr-, Cu-, Fe-, K-, Li-, Na-, Mn-, Pt-, Pd-, Ti-, V-) g-C3N4 sheets were considered. CO, CO2, NH3, N2 and NO2 molecules were found to adsorb on metal-doped g-C3N4 via strong chemical bonds. Chemisorbed gas molecules and metal-doped g-C3N4 formed charge transfer complexes with different charges transferring from metal-doped g-C3N4 to gas molecules. Pristine and metal-doped g-C3N4 sheets were demonstrated as potential capturers for certain gas molecules according to the adsorption energy, isosurface of electron density difference, and density of states analysis. Among the diverse metal-doped g-C3N4 sheets, Ag-, K-, Na-, and Li-doped g-C3N4 were found to be clearly sensitive to the NO2 molecule. The adsorption energies between NO2 and Ag-, K-, Na-, and Li-doped g-C3N4 were significantly greater than those of the other gas molecules (CO, CO2, N2, and NH3). The density of states indicates that the NO2 adsorption on Ag-, K-, Na-, and Li-doped g-C3N4 induced the shift of the total density of state in the positive energy direction. Charge transfer results also demonstrate that chemical interactions existed between NO2 and Ag-, K-, Na-, and Li-doped g-C3N4. All these results suggest the strong potential of Ag-, K-, Na-, and Li-doped g-C3N4 for application as highly sensitive molecule sensors.
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