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Density functional theory study of Cu-doped BNNT as highly sensitive and selective gas sensor for carbon monoxide

材料科学 密度泛函理论 一氧化碳 吸附 兴奋剂 掺杂剂 氮化硼 空位缺陷 分子 解吸 催化作用 选择性 分析化学(期刊) 化学物理 光电子学 无机化学 物理化学 纳米技术 计算化学 结晶学 化学 有机化学
作者
Guohong Fan,Xiaohua Wang,Xianxian Tu,Hong Xu,Qi Wang,Xiangfeng Chu
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
卷期号:32 (7): 075502-075502 被引量:37
标识
DOI:10.1088/1361-6528/abc57a
摘要

The adsorption of CO, CO2, CH4, H2, N2 and N2O on armchair (5,5) boron nitride nanotube (BNNT) with and without the doping of transition metals (TM), i.e. Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu or Zn, was investigated using the density functional theory calculation. The results indicate all the considered gases are physically adsorbed by weak interaction on the pure BNNT, revealing that pure BNNT has poor sensing performance for these gases. TM are then doped in the B or N vacancy of BNNT to improve the sensitivity and selectivity. As a result, it was found that the gas adsorption performance of BNNT is obviously enhanced due to the introduction of TM dopant atom. In particularly, according to the results of adsorption energy, Cu doped BNNT (Cu-BNNT) system shows a high selectivity toward CO molecule compared with other metal doped systems. This is further confirmed by the density of state, energy gap and charge transfer analyses. Furthermore, based on the sensor performance analysis, it was found that Cu-BNNT also has favorable desorption characteristics for CO. Therefore, this study concluded that Cu-BNNT can be used as a superior sensor material with high sensitivity, selectivity and favorable recycle time for CO gas.
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