纳米材料表面吸附BTAH和气体分子的理论研究

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近年来,纳米材料凭借优异的物理、化学性质,在各个研究领域得到长足的发展。尤其是纳米材料的比表面积大,表面活性高等特性,使得纳米材料表面反应活跃,倾向于将小分子吸附在表面,基于这种表面吸附特性的研究可用于表面修饰、催化、扩散、传感等领域。表面吸附是一种常用的纳米颗粒的表面改性方法。纳米铜颗粒由于自身极佳的热电性能和低廉的价格被视为潜在的先进封装材料,但因其易氧化的特点而难以大规模应用。因此研究纳米铜颗粒表面与有机小分子的吸附作用,有助于提高纳米铜颗粒的抗氧化性,推动其未来大规模应用。针对纳米材料的表面吸附,除了能利用它进行表面修饰和改性外,还可以利用纳米材料本身的吸附特性用于气体检测。第四族单硫族化合物二维Si Se材料具有良好的稳定性、较低的导热系数。目前,Si Se单层的气敏行为还没有得到充分的系统的研究,因此开发基于Si Se单层的气敏传感器是非常有必要的。本研究的主要内容如下:(1)建立了纳米铜表面Cu(100)、Cu(110)以及Cu(111)表面模型,讨论了苯并三氮唑(BTAH)有机分子的不同吸附构型,探究了BTAH以不同方式与铜表面的相互作用的强度。(2)基于BTAH与纳米铜表面的相互作用,制备了BTAH包覆的纳米铜颗粒(Cu NPs),通过SEM、TEM等观察颗粒的微观形貌;通过XRD、XPS等分析颗粒的抗氧化情况;通过热重分析表面包覆物的热学行为以及分解情况等。(3)建立了硒化硅单层模型,吸附了十种常见的有机气体分子,结合吸附能、转移电荷、相关电学性能等探究了硒化硅作为气体传感器的敏感材料的可能性。(4)通过应力调节传感器的性能,优化对NH3的吸附和SO2的吸附,同时讨论了NH3和SO2共吸附特性。最后建立硒化硅单层的器件模型,模拟了硒化硅的传感性能,探究吸附NH3的I-V曲线变化。
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