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Two-Dimensional Boron–Phosphorus Monolayer for Reversible NO2 Gas Sensing
ACS Applied Nano Materials ( IF 5.3 ) Pub Date : 2020-09-16 , DOI: 10.1021/acsanm.0c02072 Siby Thomas 1 , Vipin Kumar 2 , Debesh R. Roy 2, 3 , Mohsen Asle Zaeem 1
ACS Applied Nano Materials ( IF 5.3 ) Pub Date : 2020-09-16 , DOI: 10.1021/acsanm.0c02072 Siby Thomas 1 , Vipin Kumar 2 , Debesh R. Roy 2, 3 , Mohsen Asle Zaeem 1
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We proposed a boron–phosphorus monolayer (BP-ML) and investigated its gas sensing properties by density functional theory including the van der Waals dispersion correction term. Electronic property analysis reveals that BP-ML is a semiconductor with an indirect bandgap of 0.54 eV. The adsorption energy calculations of nitrogen-containing gases (NCGs) such as N2O, NO2, NH3, and NO show that these gases are physisorbed on the BP-ML surface. Among the studied NCGs, the NO2 molecule exhibits a relatively higher charge (0.43 e), which further confirms a robust charge transfer and more reactivity with the BP-ML surface. The work function of BP-ML increases by NO2 adsorption from 4.75 to 5.13 eV, while it decreases with adsorption of other NCG molecules. We have noticed that NO2 shows a considerably short recovery time of 2.21 s at T = 300 K, strongly referring to the multitime reusable nanosensor characteristic of the BP-ML surface. Additionally, the transport properties of the BP surface for the real-time sensing application are investigated by using the nonequilibrium Green’s function (NEGF) approach. The current–voltage (I–V) characteristics indicate a significant (moderate) change along the armchair (zigzag) direction when the NO2 molecule is adsorbed on the BP-ML surface. These findings suggest that BP-ML surface-based sensors are highly sensitive for the detection of NO2 molecules with short recovery time.
中文翻译：
二维硼-磷单分子膜，用于可逆NO 2气敏
我们提出了硼磷单层（BP-ML），并通过包括范德华分散校正项在内的密度泛函理论研究了其气敏特性。电子性质分析表明，BP-ML是一种间接带隙为0.54 eV的半导体。N 2 O，NO 2，NH 3和NO等含氮气体（NCG）的吸附能计算表明，这些气体物理吸附在BP-ML表面上。在研究的NCG中，NO 2分子显示出相对较高的电荷（0.43 e），这进一步证实了电荷转移牢固且与BP-ML表面具有更高的反应性。BP-ML的功函数增加2吸附量从4.75到5.13 eV，但随着其他NCG分子的吸附而降低。我们已经注意到，NO 2在T = 300 K时显示出2.21 s的相当短的恢复时间，强烈地参考了BP-ML表面的多次可重复使用的纳米传感器特性。此外，使用非平衡格林函数（NEGF）方法研究了用于实时传感应用的BP表面的传输特性。的电流-电压（我- V）特性表示沿着扶手椅（Z字形）方向的显著（中度）改变时，NO 2分子被吸附在BP-ML表面上。这些发现表明，基于BP-ML的表面传感器对NO 2分子的检测具有很高的灵敏度，且恢复时间短。
更新日期：2020-10-25
中文翻译：
二维硼-磷单分子膜，用于可逆NO 2气敏
我们提出了硼磷单层（BP-ML），并通过包括范德华分散校正项在内的密度泛函理论研究了其气敏特性。电子性质分析表明，BP-ML是一种间接带隙为0.54 eV的半导体。N 2 O，NO 2，NH 3和NO等含氮气体（NCG）的吸附能计算表明，这些气体物理吸附在BP-ML表面上。在研究的NCG中，NO 2分子显示出相对较高的电荷（0.43 e），这进一步证实了电荷转移牢固且与BP-ML表面具有更高的反应性。BP-ML的功函数增加2吸附量从4.75到5.13 eV，但随着其他NCG分子的吸附而降低。我们已经注意到，NO 2在T = 300 K时显示出2.21 s的相当短的恢复时间，强烈地参考了BP-ML表面的多次可重复使用的纳米传感器特性。此外，使用非平衡格林函数（NEGF）方法研究了用于实时传感应用的BP表面的传输特性。的电流-电压（我- V）特性表示沿着扶手椅（Z字形）方向的显著（中度）改变时，NO 2分子被吸附在BP-ML表面上。这些发现表明，基于BP-ML的表面传感器对NO 2分子的检测具有很高的灵敏度，且恢复时间短。
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