Nghiên cứu hiện tượng hấp phụ phân tử khí trên dãy nano Penta-graphene dạng răng cưa

Nguyễn Thành Tiên * , Trần Yến Mi và Lê Võ Phương Thuận

* Tác giả liên hệ (nttien@ctu.edu.vn)

Article Sidebar

Full Text: PDF

Ngày nhận bài: 17-11-2019
Ngày nhận bài sửa: 26-02-2020
Ngày duyệt đăng: 29-04-2020
Ngày xuất bản: 29-04-2020
Title: Adsorption of gas molecules on sawtooth Penta-graphene nanoribbon
DOI: 10.22144/ctu.jvn.2020.026
Lượt xem
168
Downloads
91
Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC
Trích dẫn
Tiên, N. T., Mi, T. Y., & Thuận, L. V. P. (2020). Nghiên cứu hiện tượng hấp phụ phân tử khí trên dãy nano Penta-graphene dạng răng cưa. Tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ, 56(2), 21-29. https://doi.org/10.22144/ctu.jvn.2020.026
Số báo
Tập. 56 Số. 2 (2020)
Chuyên mục
Tự nhiên

Abstract

The adsorption of gas molecules (CO, CO2, and NH3) on Sawtooth Penta-Graphene Nanoribbon (SSPGNR) has studied by using first principles methods. The adsorption geometries, adsorption energies, charge transfer, density of states, and electron difference density are obtained. It was found that the adsorption of CO and CO2 on SSPGNR shows chemical adsorption properties, meanwhile the adsorption of NH3 shows physical adsorption properties. The current voltage (I–V) characteristics have also been investigated using non-equilibrium green’s function (NEGF) approach. The results indicate that the gas molecules have little effect on modifying the conductance of SSPGNR. A comparison about absorption capacity NH3 on SSPGNR at possible absorption sites has been implemented. Quantum transport calculations further indicate that NH3 molecules can be detected by the SSPGNR-based sensor.
Keywords: Adsorption, first principles methods, gas sensor, sawtooth Penta-graphene nanoribbon

Tóm tắt

Hiện tượng hấp phụ các phân tử khí (CO, CO2 và NH3) trên Sawtooth Penta-Graphene Nanoribbon (SSPGNR) đã được nghiên cứu bằng phương pháp nguyên lý ban đầu. Nghiên cứu đã xây dựng cấu hình hấp phụ, tính toán năng lượng hấp phụ, sự chuyển điện tích, mật độ trạng thái và sự sai khác mật độ điện tử. Nghiên cứu chỉ rằng sự hấp phụ phân tử khí CO và CO2 trên SSPGNR thể hiện đặc tính hấp phụ hóa học, trong khi đó SSPGNR hấp phụ NH3 thể hiện đặc tính hấp phụ vật lý. Đặc tính Volt-Ampere (I-V) được nghiên cứu dựa trên hình thức luận hàm Green không cân bằng. Kết quả cho thấy các phân tử khí hấp thụ có ảnh hưởng đến độ dẫn của hệ nhưng không nhiều. Đặc tính vận chuyển điện tử của NH3 khi hấp phụ trên SSPGNR tại nhiều vị trí khả dĩ khác nhau cũng được khảo sát. Đặc tính vận chuyển điện tử chỉ ra rằng phân tử khí NH3 có thể dò bởi cảm biến khi dựa trên vật liệu SSPGNR.
Từ khóa: Dãy nano Penta-graphene dạng răng cưa, hấp phụ, phương pháp nguyên lý ban đầu, sensor khí

Article Details

Tài liệu tham khảo

Chen X., Wong C. K., Yuan C. A. and Zhang G., 2013. Nanowire-based gas sensors. Sensors Actuators B: Chemical. 177: 178–195.

Berger C., Song Z. and Li T., 2004. Ultrathin epitaxial graphite: 2D electron gas properties and a route toward graphene-based nanoelec-tronics. The Journal of Physical Chemistry B. 108(52): 19912–19916.

Hirata M., GotouT., Horiuchi S., Fujiwara M. and OhbaM., 2004. Thin-film particles of graphite oxide 1: High-yield synthesis and flexibility of the particles. Carbon. 42(14): 2929–2937.

NetoA. C., Guinea F., Peres N. M., NovoselovK. S. and GeimA. K., 2009. The electronic properties of grapheme. Reviews of modern physics. 81(1): 109.

Bolotin K. I., Sikes K. and Jiang Z., 2008. Ultrahigh electron mobility in suspended grapheme. Solid State Communications. 146(9-10): 351–355.

Zhang S., Zhou J., Wang Q., Chen X., Kawazoe Y., and Jena P., 2015. Penta-graphene: A new carbon allotrope. Proceedings of the National Academy of Sciences. 112(8): 2372–2377.

Tien N. T, Thao P. T. B, PhucV. T. and Ahuja R., 2019. Electronic and transport features of sawtooth penta-graphenenanoribbonsvia substitutional doping. PhysicaE: Low-dimensional Systems and Nanostructures. 113572.

Wang Z. Y., Dong F. and Shen B., 2016. Electronic and optical properties of novel carbon allotropes. Carbon. 101: 77–85.

Yu Z. G. and Zhang Y. W., 2015. A comparative density functional study on electricalpropertiesof layered penta-graphene. Journal of Applied Physics. 118: 165706–165712.

Kohn W. and Sham L. J., 1965. Self-consistent equations including exchange and correlation effects. Physical Review. 140: A1133–A11A8.

DelleyB., 2000. From molecules to solids with the DMol3 approach. The Journal of Chemical Physics. 113: 7756–7764.

Chen X., Yang N. and Ni J. M., 2015. Density-functional calculation of methane adsorption on graphenes. IEEE Electron Device Lett. 36:1366–1368.

Taylor J., Guo H. and Wang J., 2001. Ab initio modeling of quantum transport properties of molecular electronic devices. Physical Review B. 63: 245407.

BrandbygeM., MozosJ. L., OrdejónP., Taylor J. and StokbroK., 2002. Density-functional method for nonequilibrium electron transport. Physical Review B. 65: 165401.

Zhang C.P. and Shao Z. G., 2019. The adsorption behavior of CO2and CO on penta-graphene. Journal of South China normal University (Natural Science Edition). 51(1): 11-15.

Ouyang T., Qian Z., Ahuja R. and Liu X., 2018. First-principles investigation of co adsorption on pristine, C-doped and N -vacancy defected hexagonal ALN nanosheets, Applied surface science. 439: 196–201.

Wu T., Cao D., Wang X. et al., 2015. Structure of CO2 monolayer on kcl(1 0 0), Applied surface science. 339:1–8.

XieY., HuoY. P. and Zhang J. M., 2012. First-principles study of CO and NO adsorption on transition metals doped (8, 0) boron nitride nanotube, Applied surface science. 258 (17): 6391–6397.