نشریه علمی پژوهش های نوین در سامانه های دفاع الکترونیکی

نشریه علمی پژوهش های نوین در سامانه های دفاع الکترونیکی

گرافن آلایش شده با آلومینیم برای حسگری گازهای سمی NO2 و:H2S شبیه سازی بر مبنای نظریه تابعی چگالی الکترون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشکده مهندسی برق، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، تهران، ایران.
10.22034/joeds.2024.461246.1045
چکیده
در این مقاله گرافن آلاییده شده با اتم آلومینیم به عنوان حسگر گازهای سولفیدهیدروژن و دی‌اکسیدنیتروژن بر اساس نظریه تابعی چگالی الکترون بررسی و شبیه‌سازی شده است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی با استفاده از نرم‌افزار SIESTA نشان داد بهینه حالت آلایش وقتی است که اتم آلومینیم بجای یک اتم کربن قرار گیرد. کمینه انرژی ساختار پس از آلایش بطوری است که اتم آلومینیم به اندازه 1.85 آنگستروم بالای صفحه گرافن قرار گرفته و یک برآمدگی در صفحه گرافن ایجاد می‌کند. شبیه‌سازی و نتایج بررسی حالات مختلف جذب هریک از گازهای NO2 و H2S نشان داد که بیشترین جذب در حوالی محل آلایش که چگالی الکترون در آن بیشتر است، انجام می‌شود. در نهایت، مقدار انرژی جذب 3.45- الکترون-ولت برای مولکول NO2 و 0.87- الکترون-ولت برای مولکول H2S بدست آمد. آنتالپی جذب ناشی از برقراری این پیوند قوی نشان می‌دهد که گرافن آلایش شده می‌تواند یک بستر مناسب برای ساخت حسگر گازهای NO2 و H2S باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Aluminum-dopped Graphene for Sensing NO2 and H2S Toxic Gases: Simulation based on Electron Density Functional Theory

نویسندگان English

ابراهیم چگینی
Yaghoub Khorasani
Electrical and Electronic Faculty, Shahid Sattary Aeronautical University of Science and Technology, Tehran, Iran.
چکیده English

In this paper, the Aluminum-doped graphene has been investigated and simulated based on the electron density functional theory as a sensor for nitrogen dioxide and hydrogen sulfide gases. The simulation results using SIESTA software demonstrate that the optimum doping is substitutional and occurs when a carbon atom in graphene is replaced with an Al atom. The dopant Al atom at the minimum relaxation energy is placed 1.85 Å higher than the graphene sheet and creates a bulge on the graphene surface. The different probable adsorption states of each NO2 and H2S gas were simulated and the results showed that the optimum adsorption occurred around the placement of dopant where the electron density is higher. Finally, the adsorption energy of NO2 and H2S molecules were obtained -3.45 eV and -0.87 eV, respectively. The resulting adsorption enthalpies, which demonstrate the formation of strong bonds, illustrate that doped graphene could serve as a suitable substrate for the fabrication of NO2 and H2S sensors.

کلیدواژه‌ها English

Density functional theory (DFT)
Gas sensor
Graphene
Adsorption energy
NO2
H2S