过渡金属Cr、Mo和W掺杂MXene Nb2CO2纳米片的DFT研究：对高性能H2、CO和H2S气体传感器的启示

作为二维（2D）材料家族的重要成员，MXenes具有丰富的活性位点、较大的比表面积、金属导电性和可调的表面化学性质，使其成为制备高性能气体传感器的有前景的候选材料。在本研究中，采用基于PBE-D3方法的DFT计算研究了过渡金属掺杂MXene Nb2CO2（掺杂Cr、Mo和W）的性质，并系统评估了其对H2、CO和H2S的气敏性能。从吸附能、电荷转移、目标气体分子的键长变化、态密度（DOS）以及投影态密度（PDOS）的角度分析了这些材料的气敏性能。结果表明，过渡金属掺杂显著增强了Nb2CO2的气敏能力。从传感材料的角度来看，Cr、Mo和W掺杂的Nb2CO2适用于制备CO气体传感器，而W掺杂的Nb2CO2在H2传感方面表现出优异的性能。从目标气体的角度来看，利用W掺杂的Nb2CO2可以制备出高性能H2气体传感器。由于H2分子在W掺杂Nb2CO2表面的吸附能较低，且两者之间的电荷转移量较大，该传感器可在室温下工作。利用Cr、Mo和W掺杂的Nb2CO2可以开发出高性能CO气体传感器。出于同样的原因，基于W掺杂Nb2CO2的CO气体传感器也可在室温下工作。此外，Mo掺杂的Nb2CO2是开发高性能H2S气体传感器的最佳候选材料。这些发现为用于有效检测H2、CO和H2S的MXene基气体传感器的合理设计与优化提供了宝贵见解。