Mejorando las propiedades de detección de gas del grafeno mediante la introducción de dopantes y defectos: un estudio de principios primerizos

Se investigaron las interacciones entre cuatro grafenos diferentes (incluyendo grafeno puro, grafenos dopados con B o N y grafenos defectuosos) y pequeñas moléculas de gas (CO, NO, NO(2) y NH(3)) utilizando cálculos de funcional de densidad para explorar sus aplicaciones potenciales como sensores de gas. Las propiedades estructurales y electrónicas de los aductos de adsorción de grafeno-molécula dependen fuertemente de la estructura del grafeno y de la configuración de adsorción molecular. Todas las cuatro moléculas de gas muestran una adsorción mucho más fuerte en los grafenos dopados o defectuosos que en el grafeno puro. El grafeno defectuoso muestra la energía de adsorción más alta con las moléculas CO, NO y NO(2), mientras que el grafeno dopado con B tiene la unión más fuerte con NH(3). Mientras tanto, las fuertes interacciones entre las moléculas adsorbidas y los grafenos modificados inducen cambios dramáticos en las propiedades electrónicas del grafeno. El comportamiento de transporte de un sensor de gas que utiliza grafeno dopado con B muestra una sensibilidad dos órdenes de magnitud mayor que la del grafeno puro. Este trabajo revela que la sensibilidad de los sensores de gas químicos basados en grafeno podría mejorarse drásticamente mediante la introducción del dopante o defecto apropiado.