Au-Decorated Ti3C2 MXene Sensor for Enhanced Detection of Gaseous Toxins (CO, COCl2, H2S, NH3, NO2): A DFT Study

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作者
Muhammad Huzaifa,Muhammad Shafiq,Nida Ali,Caterina Cocchi,Mohammad Nur‐e‐Alam,Zaheer Ul‐Haq
出处
期刊:ACS omega [American Chemical Society]
卷期号:10 (1): 1562-1570
标识
DOI:10.1021/acsomega.4c09428
摘要

The rising level of toxic gases in the environment poses a high demand for efficient gas sensing materials. MXenes, an emerging class of two-dimensional (2D) materials, have gained significant interest in this area for having an active-site rich structure, tunable surface properties, and remarkable stability. Herein, an extensive density functional theory (DFT) study is conducted to investigate the sensing properties of pristine and Au-functionalized Ti3C2 MXene for five toxic gas molecules: CO, COCl2, H2S, NH3, and NO2. Pristine Ti3C2 displays high affinity for CO, H2S, and NH3, as assessed by density of states and a large binding energy, resulting in the chemisorption of these gas molecules providing a relatively large recovery time. In contrast, Au-functionalized Ti3C2 is able to sense all five toxins which are physisorbed on it, as indicated by lower adsorption energy and faster recovery time. As an example, the adsorption energy computed for CO is −0.14 eV and the resulting recovery time 0.21 ns. These results reveal that Au-functionalized Ti3C2 can serve as a highly efficient material for toxic gas sensing, particularly CO.
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