Penta-BeP2 Monolayer: A Superior Sensor for Detecting Toxic Gases in the Air with Excellent Sensitivity, Selectivity, and Reversibility

单层 选择性 吸附 分子 材料科学 有毒气体 灵敏度(控制系统) 分析化学(期刊) 化学物理 光化学 纳米技术 化学 物理化学 有机化学 环境化学 催化作用 电子工程 工程类
作者
Xingang Jiang,Guanghui Zhang,Wencai Yi,Tao Yang,Xiaobing Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (30): 35229-35236 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acsami.2c07482
摘要

Directly and quickly detecting toxic gases in the air is urgently needed in industrial production and our daily life. However, the poor gas selectivity and low sensitivity under ambient conditions limit the development of gas sensors. In this work, we demonstrate that the penta-BeP2 monolayer is an excellent toxic gas sensor by using first-principles calculations. The calculated results show that the semiconducting penta-BeP2 monolayer can chemisorb toxic gas molecules (including CO, NH3, NO, and NO2) with distinct charge transfer (-0.182 to 1.129 e) but negligibly interact with ambient gas molecules (including H2, N2, H2O, O2, and CO2), indicating high gas selectivity for primary environmental gases. The calculated I-V curves show that the penta-BeP2 monolayer exhibits a fast response with toxic gas molecules. Upon interaction with CO, NH3, NO, and NO2 molecules at a bias voltage of 0.7 V, the currents are 10.23, 14.48, 32.10, and 129.90 times that of the pristine penta-BeP2 monolayer, respectively, which induces high sensitivity values of 9.23, 13.48, 31.10, and 128.90, respectively. Moreover, the moderate adsorption energies of all toxic gas molecules guarantee that the penta-BeP2 monolayer possesses good reversibility at room temperature with a short recovery time. Herein, all of our results indicate that the penta-BeP2 monolayer could be a superior candidate for sensing toxic gases with high selectivity, sensitivity, and reversibility.
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