通过引入掺杂剂和缺陷改善石墨烯的气体传感特性：第一性原理研究

使用密度泛函计算研究四种不同的石墨烯（包括原始、掺硼或掺氮及缺陷石墨烯）与小气体分子（CO、NO、NO(2)和NH(3)）之间的相互作用，以开发其作为气体传感器的潜在应用。石墨烯-分子吸附加合物的结构和电子特性强烈依赖于石墨烯结构和分子吸附配置。所有四种气体分子在掺杂或缺陷石墨烯上的吸附强度明显高于在原始石墨烯上的吸附强度。缺陷石墨烯对CO、NO和NO(2)分子的吸附能量最高，而掺硼石墨烯与NH(3)的结合最紧密。同时，吸附分子与改性石墨烯之间的强相互作用导致石墨烯电子特性的显著变化。使用掺硼石墨烯的气体传感器的传输行为显示出比原始石墨烯高两个数量级的灵敏度。这项工作揭示了通过引入合适的掺杂剂或缺陷，可以显著提高石墨烯基化学气体传感器的灵敏度。