Strain-modulated adsorption of gas molecule on graphene: First-principles calculations

石墨烯 吸附 拉伤 材料科学 分子 解吸 化学物理 纳米材料 纳米技术 拉伸应变 化学工程 极限抗拉强度 化学 复合材料 物理化学 有机化学 内科学 工程类 医学
作者
Meng Yin,Xiangyu Qiao,Lei Wang,Hideo Miura,Ken Suzuki
出处
期刊:Diamond and Related Materials [Elsevier BV]
卷期号:142: 110822-110822 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.diamond.2024.110822
摘要

Graphene is an attractive material for applications in gas sensing because of its high surface-to-volume ratio and superior carrier mobility. Manipulating the adsorption as well as desorption behaviors of gas molecules on nanomaterials via strain has been found to improve their sensing performance. Utilizing first-principles calculations, this study investigated the effect of compressive and tensile strains on the adsorption properties of NH3 and NO2 molecules on graphene. The calculations demonstrated the applied strain and the adsorption energy were linearly related. In addition, the strain response of NO2 was significantly larger than that of NH3. In particular, the adsorption energy of NO2 increased by approximately 70 % under a compressive strain of 10 %, whereas NH3 exhibited minimal variations in its adsorption energy and charge transfer with graphene under strain. These findings highlighted the promising prospect of graphene as a continuously tunable sensing material for detecting small gases by applying strain. Therefore, strain-modulated graphene can serve as a highly sensitive gas sensing material and provide new insights into designing advanced graphene gas sensors with tunable properties.
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