Adsorption behavior of formaldehyde gas on two-dimensional semiconductor monolayers MS2 (M= W, Mo)

Bài báo thuộc danh mục Scopus, Q4 do nhóm tác giả TS. Trần Thị Nhàn – Giảng viên Vật lý- khoa Khoa học cơ bản- Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội; TS. Lương Thị Thêu- Đại học Hòa Bình; TS. Trần Quang Huy- Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2; TS. Phùng Thị Việt Bắc- Trường Đại học VinUniversity; GS.TS. Đinh Văn An- Trường Đại học Osaka, Nhật Bản, đăng trên tạp chí Journal of Physics: Conference Series, số 1, tập 2744 trang 012006 do nhà xuất bản IOP xuất bản trực tuyến ngày 23 tháng 4 năm 2024.

Trong bài báo, nhóm tác giả đã nghiên cứu cơ chế hấp phụ của phân tử methanal trên vật liệu hai chiều MS2 để có hiểu rõ về cơ chế hấp phụ, với mục tiêu MS2 làm cảm biến nhạy khí ở nhiệt độ phòng. Qua việc xác định năng lượng liên kết theo khoảng cách hấp phụ và tối ưu hóa các hệ thống hấp phụ, nhóm tác giả đã xác định được các cấu hình hấp phụ khả dĩ nhất về mặt năng lượng. Sự tương tác với phân tử methanal dẫn đến sự giảm điện trở của MS2 do sự chuyển electron từ lớp MS2 tới phân tử methanal bị hấp phụ, do đó tính dẫn điện của MS2 tăng lên. Sự tương tác giữa methanal cũng làm cho độ rộng vùng cấm của MS2 giảm cỡ vài chục meV. Sự hấp phụ methanal với năng lượng hấp phụ vừa phải, thời gian phục hồi nhanh và độ dài phản ứng lớn chứng tỏ sự hấp phụ vật lý của methanal trên MS2. Những kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả cho thấy rằng MS2 có thể là vật liệu tiềm năng để phát triển cảm biến khí methanal.

Abstract: Detecting methanal molecule, an indoor air pollutant and potential carcinogen, is crucial for safeguarding human health, ensuring occupational safety, and maintaining environmental quality. In this study, density functional theory calculations have been performed to explore the adsorption behavior of formaldehyde (methanal) gas on the surface of two-dimensional semiconductor monolayers MS2 (M=W, Mo). Using the Computational DFT-based Nanoscope tool, we compute binding energies and determine configurations at global minimum energy of molecule adsorbed monolayer MS2. Five nonlocal van der Waals functionals; revPBE-vdW, optPBE-vdW, vdW-DF2, optB88-vdW, and optB86b-vdW are used to compute the adsorption energy profiles. The calculated results show that: (i) the optPBE-vdW functional products the largest adsorption energy magnitude, (ii) Methanal molecule exhibits physical adsorption on both MoS2 and WS2 materials (iii) Adsorption of methanal molecules may enhance the electrical conductivity of MoS2 and WS2 upon the electron donation to molecule by substrates. The adsorption energy magnitude, bandgap reduction, and charge transfer of the methanal-MoS2 adsorption system are respectively 1.04, 1.27, and 1.47 times larger than those of the methanal-WS2 adsorption system, while the diffusion barrier energy is 0.25 times smaller. These characteristic adsorption parameters imply that methanal exhibits higher sensitivity to the MoS2 substrate. This study also provides an in-depth discussion regarding the interaction between methanal and the MS2 substrate, focusing on aspects of relaxed geometrical structures, potential energy surface, adsorption energy, response length, recovery time, work function, charge transfer, density of states, and energy band structure.

Keywords: Adsorption, methanal, monolayer MS2, sensors, DFT.

Toàn văn bài báo tải về tại: DOI 10.1088/1742-6596/2744/1/012006

Một vài hình vẽ trong bài báo