НАЗВАНИЕ СТАТЬИ:
Влияние золотой подложки и функционализации графена  mbox{на перенос зарядов при сорбции газов}

СПИСОК АВТОРОВ:
Павлов С.В., Кожевникова Е.О.

СПИСОК АВТОРОВ (С РАСШИФРОВКОЙ):
Павлов Сергей Владимирович, Кожевникова Екатерина Олеговна

DOI:
https://doi.org/10.33849/2024208

ПОСТУПИЛА В РЕДАКЦИЮ:
2 сентября 2024 г.

ЖУРНАЛ:
Вестник Объединенного института высоких температур

ТОМ:
14

ГОД:
2024

СТРАНИЦЫ:
40-43

РУБРИКА:
Разное / Междисциплинарные проблемы

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:
газовые сенсоры, графен, теория функционала плотности, гетероструктуры металл-графен

КОДЫ КЛАССИФИКАТОРОВ:
УДК 538.935, УДК 539.211, УДК 51-73

АННОТАЦИЯ:
Поиск новых материалов для хеморезистивных газовых сенсоров является актуальной задачей на пути к созданию более миниатюрных газовых сенсоров с низким энергопотреблением, обладающих при этом высокой хеморезистивной чувствительностью и селективностью. Графен является одной из перспективных платформ, на основе которой можно синтезировать новые активные материалы с хорошими газочувствительными свойствами. В данной работе исследуется влияние подложки из золота под графеном на его хеморезистивные свойства в рамках теории функционала электронной плотности. Исследуется поверхность чистого графена, а также поверхности с кислородсодержащими функциональными группами: эпоксидной -O и гидроксильной -OH. Рассчитывается хеморезистивный отклик по отношению к следующим газам: $ mathrm{NH_3}$, $ mathrm{H_2S}$, $ mathrm{CO_2}$, $ mathrm{CO}$, $ mathrm{SO_2}$, $ mathrm{NO_2}$. Показано, что золотая подложка увеличивает отклик по отношению к газам-донорам электронов и уменьшает по отношению к газам-акцепторам электронов. Наиболее существенное увеличение хеморезистивной чувствительности наблюдается для газов $ mathrm{NH_3}$, $ mathrm{CO_2}$ и $ mathrm{CO}$ на чистом графене, а также для  $ mathrm{CO_2}$ на всех исследуемых поверхностях. Этот принцип может использоваться для повышения селективности и чувствительности газовых сенсоров на основе графена.

TITLE:
Effect of gold substrate and functionalization of graphene on charge transfer during gas sorption

AUTHORS:
Pavlov S.V., Kozhevnikova E.O.

KEYWORDS:
gas sensors, graphene, density functional theory, metal-graphene heterostructures

ABSTRACT:
The search for new materials for chemoresistive gas sensors is a relevant task in the development of more miniature gas sensors with low energy consumption, while maintaining high chemiresistive sensitivity and selectivity. Graphene is one of the promising platforms for synthesizing new active materials with good gas sensing properties. This work investigates the influence of a gold substrate under graphene on its chemoresistive properties within the framework of density functional theory. The surface of pristine graphene is studied, as well as surfaces with oxygen-containing functional groups: epoxy -O and hydroxyl -OH. Chemiresistive response is calculated with respect to the following gases: $\mathrm{NH_3}$, $\mathrm{H_2S}$, $\mathrm{CO_2}$, $\mathrm{CO}$, $\mathrm{SO_2}$, $\mathrm{NO_2}$. It is shown that the gold substrate increases response to electron-donating gases and decreases it with respect to electron-accepting gases. The most significant increase in chemiresistive sensitivity is observed for $\mathrm{NH_3}$, $\mathrm{CO_2}$, and $\mathrm{CO}$ on pristine graphene, as well as for $\mathrm{CO_2}$ on all studied surfaces. This principle can be used to enhance the selectivity and sensitivity of graphene-based gas sensors.