Formaldehyde gas sensing properties of transition metal-doped graphene: a first-principles study

兴奋剂 化学工程 甲醛 氧化物 拉曼光谱
作者
Lunwei Yang,Wei Xiao,Jianwei Wang,Xiaowu Li,Ligen Wang
出处
期刊:Journal of Materials Science [Springer Nature]
卷期号:56 (21): 12256-12269 被引量:4
标识
DOI:10.1007/s10853-021-05951-w
摘要

The formaldehyde gas sensing properties of transition metal-doped graphene have been systematically investigated by first-principles calculations. The optimized geometries of transition metal-doped graphene with and without HCHO adsorption, adsorption energies, charge transfers and magnetic moments are obtained for various doped graphene systems. The calculated results show that Co-, Ni-, Cu-, Zn-, Pd- and Ag-doped systems have moderate adsorption energies, implying their potential applications as HCHO sensors. The two-probe sensor devices consisting of the central scattering region and pristine graphene electrodes with the armchair or zigzag transport directions are built, and the spin-polarized current–voltage curves are calculated by the non-equilibrium Green’s function method within the framework of density functional theory. For the Cu-, Zn- and Ag-doped systems, the average sensor response is over 80%, 40% and 290%, respectively. In particular, the Cu- and Ag-doped graphene devices have the highest value of response over 200% and 900% at low voltages, indicating a short response time and high sensitivity of these devices. The present study provides a theoretical basis for exploring practical applications of the transition metal-functionalized graphene as superior HCHO gas sensors.

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