Rapid Detection of Explicit Volatile Organic Compounds for Early Diagnosis of Lung Cancer Using MoSi2N4 Monolayer

单层 吸附 化学 辛烷值 朗缪尔吸附模型 苯胺 解吸 密度泛函理论 选择性 电荷密度 分析化学(期刊) 物理化学 有机化学 计算化学 生物化学 物理 量子力学 催化作用
作者
Tanveer Hussain,Puspamitra Panigrahi,Yash Pal,Surinder Kaur,Hakkim Vovusha,Hyeonhu Bae,Shahid Nazir,Hoonkyung Lee,Akshay Panigrahi
出处
期刊:Chemistry-an Asian Journal [Wiley]
被引量:1
标识
DOI:10.1002/asia.202400956
摘要

In this study, we investigate the adsorption of MoSi2N4) and MoSi2N4‐VN towards five potential lung cancer volatile organic compounds (VOCs). Density functional theory calculations reveal that MoSi2N4 weakly adsorb the mentioned VOCs, whereas introduction of nitrogen vacancies significantly enhances the adsorption energies ([[EQUATION]]), both in gas phase and aqueous medium. The MoSi2N4‐VN monolayers exhibit a reduced bandgap and facilitate charge transfer upon VOCs adsorption, resulting in enhanced [[EQUATION]] values of ‐0.83, ‐0.76, ‐0.49, ‐0.61, and ‐0.50 eV for 2,3,4‐trimethyl hexane, 4‐methyl octane, o‐toluidine, Aniline, and Ethylbenzene, respectively. Bader charge analysis and spin‐polarized density of states (SPDOS) elucidate the charge redistribution and hybridization between MoSi2N4‐VN and the adsorbed VOCs. The work function of MoSi2N4‐VN is significantly reduced upon VOCs adsorption due to induced dipole moments, enabling smooth charge transfer and selective VOCs sensing. Notably, MoSi2N4‐VN monolayers exhibit sensor responses ranging from 16.2% to 26.6% towards the VOCs, with discernible selectivity. Importantly, the recovery times of the VOCs desorption is minimal, reinforcing the suitability of MoSi2N4‐VN as a rapid, and reusable biosensor platform for efficient detection of lung cancer biomarkers. Thermodynamic analysis based on Langmuir adsorption model shows improved adsorption and detection capabilities MoSi2N4‐VN under diverse operating conditions of temperatures and pressures.
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