Aromatic Volatile Organic Compounds Adsorption on Tungsten Diselenide Monolayer

Bài báo do TS. Trần Thị Nhàn- Giảng viên Vật Lý- khoa Khoa học cơ bản cùng nhóm tác giả Lương Thị Thêu- Giảng viên Lý- Trường Đại học Hòa Bình; TS. Nguyễn Quang Huy- Giảng viên Lý- Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2; GS. Đinh Văn An- Trường Đại học Osaka Nhật Bản; TS. Phùng Thị Việt Bắc-Trường Đại học Việt Nhật đăng trên tạp chí Journal of Physics Conference Series số 2485 do nhà xuất bản IOP Science xuất bản trực tuyến ngày 26 tháng 4 năm 2023.

Sự hấp phụ khí hữu cơ dễ bay hơi loại vòng thơm gồm benzene và toluene trên WSe2 hai chiều đã được nhóm tác giả khảo sát đánh giá bằng phương pháp lý thuyết phiếm hàm mật độ. Cấu hình hấp phụ ưu tiên của các phân tử khí trong đó vòng thơm định hướng song song với bề mặt của vật liệu đã được chỉ ra. Các phân tử khí có thể khuếch tán từ vị trí hấp phụ ưu tiên này sang vị trí khác trên bề mặt WSe2 dọc theo các quỹ đạo xác định với thế khuếch tán khá nhỏ cỡ 180 meV đối với benzene và 130 meV đối với toluene. Sự hấp phụ hai khí trên của WSe2 là hấp phụ vật lý với năng lượng hấp phụ không quá lớn, thời gian giải hấp ngắn và khoảng cách hấp phụ khá dài. Khi hấp phụ khí, độ rộng vùng cấm của WSe2 giảm đi 26 meV và công hoạt động tăng chút ít. Kết quả nghiên cứu chỉ ra có sự chuyển điện tích từ đế sang khí, dẫn đến sự tăng độ dẫn điện của đế. WSe2­ hai chiều khá nhạy với benzene và toluene và có thể đề xuất là vật liệu tiềm năng để chế tạo cảm biến phát hiện khí hữu cơ thơm dễ bay hơi.

Abstract: In this work, we performed a density functional theory calculation to systematically investigate the adsorption and evaluate the adsorption performance of aromatic volatile organic compounds, benzene and toluene, on WSe2 monolayer. The most favourable adsorption configurations of gas molecules with the parallel orientation of the benzene ring to the substrate surface are explored by computing the binding energies as a function of spatial coordinates and carefully optimizing geometrical structures. The calculations pointed out that gas molecules could diffuse across the substrate along the diffusion paths with quite low diffusion potential barriers, about 180 meV for benzene and 130 meV for toluene molecules. We found that both gases are physisorbed on WSe2 monolayer with moderate adsorption energies, short recovery times, and large response lengths. The gas adsorption causes the bandgap reduction of 26 meV and a slight work function increase of the substrate. There is a charge transfer from the substrate onto the gas molecules, this may cause a resistance decrease of the p-type semiconductor substrate. WSe2 monolayer is quite sensitive to benzene and toluene, and could be suggested as an aromatic gas sensing material.

Keywords: WSe2 Monolayer (ML), benzene, toluene, density functional theory (DFT), physisorption.

Toàn văn bài báo tải về tại đây: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/2485/1/012005

Một vài hình ảnh trong bài báo