SF6分解種の検知と除去の有望な候補としてのRhドープMoTe2単分子層：DFT研究

要約

この研究では、RhをドープしたMoTe ₂の吸着および検知挙動（Rh-MoTe ₂ ）SO ₂上の単分子層、SOF ₂ 、およびSO ₂ F ₂ 第一原理理論を使用して調査されます。ここで、純粋なMoTe ₂でのRhドーピング挙動表面も含まれています。結果は、T _Mo E を使用した好ましいRhドーピングサイトです。 _b − 2.69 eV、およびRh-MoTe ₂ 表面、SO ₂ およびSO ₂ F ₂ E による化学吸着として識別されます _ad それぞれ-2.12および-1.65eVであり、SOF ₂ E に物理的に吸着されている _ad − 0.46eVの。 DOS分析は、吸着性能を検証し、ガス吸着に対するRhドーピングの電子的挙動を示しています。バンド構造とフロンティア分子軌道解析は、Rh-MoTe ₂の基本的なセンシングメカニズムを提供します抵抗型センサーとしての単層。回復動作は、再利用可能なSO ₂としてのRhドープ表面の可能性をサポートします。センサーであり、SO ₂を除去するためのガススカベンジャーとしての探査を提案します F ₂ SF ₆で断熱装置。誘電関数は、Rh-MoTe ₂ 単分子層は、3つのガスを選択的に検出するための有望な光学センサーです。この作業は、Rh-MoTe ₂を探索するのに役立ちます SF ₆の安全な動作を保証するための検知材料またはガス吸着剤としての単分子層簡単かつ高効率な方法で断熱装置。

はじめに

SF ₆ 絶縁装置は、高電圧でも超高電圧の電力システムでも、システム全体の安全な動作を保証するために、変圧器[4、5]を除いて、最も重要で高価な機器の1つです[1,2,3]。これらの寄与は、SF ₆の強力なアーク消火特性と高い電気陰性度に起因します。このようなデバイスで絶縁媒体として機能するガス[6]。ただし、長期的なものでは、SF ₆ 装置の不可避の内部欠陥によって引き起こされる部分放電の力によって、依然としていくつかの低フッ素硫化物に分解される可能性があります[7、8]。さらに、これらの副産物は周囲の微量の水や酸素とさらに相互作用し、SO ₂などの安定した化学物質を形成します。、SOF ₂ 、およびSO ₂ F ₂ 代わりに、SF ₆の絶縁挙動を悪化させます [9]。したがって、これらの分解種を検出することは、SF ₆の分解状態を評価するための効果的な方法と見なされてきました。および関連する断熱装置の動作状態を反映する[10]。

遷移金属ジカルコゲナイド（TMD）の注目が高まる中、MoS ₂ SF ₆の検出用にベースのセンサーが提案されています分解された種[11、12、13]。これらのレポートは、遷移金属（TM）をドープしたMoS ₂の適切性と優位性を示しています。 SO ₂を含むコンポーネントを検出するための単層およびSOF ₂ 。また、元のMoTe ₂の検知特性に関する理論的研究 SF ₆上の単分子層分解された種は、SO ₂の検知に適していることを証明します [14]。さらに、TMDの大規模合成に使用される化学蒸着（CVD）の最近の進歩により、MoTe ₂の開発が大幅に加速しています。ガス検知アプリケーション用の単分子層[15、16、17]。報告されているように、MoTe ₂ 単分子層は、優れたキャリア移動度、長い結合長、および低い結合エネルギーを備えており、室温でのガス相互作用に対して高い感度を提供します[18]。したがって、MoTe ₂ 単分子層はガス検知の非常に有望な候補であり、SF ₆の検出への応用です。分解された種はさらに調査する必要があります。

TMをドープした2Dナノ材料は、元の表面と比較して、ガス状分子に対してより強力な吸着性能と検知挙動を示すことが十分に証明されています[19、20、21、22]。これは、 d のTMの優れた化学的活性と触媒作用によるものです。軌道はこれらの吸着分子と強くハイブリダイズし、化学吸着を促進し、電荷移動を拡大します[23、24、25]。 MoTe ₂に関しては単分子層、私たちの知る限り、その単分子層でのTMドーピング挙動に関する理論的報告はほとんどありません。一方、TMをドープしたMoTe ₂の関連する吸着および検知挙動ガス上の単分子層もあまり探索されていません。 TM元素の中で、強力な触媒性能を持つロジウム（Rh）は、ガス吸着のための他のナノ表面上の望ましいTMドーパントとして実証されています[26、27]。特に、ref。 [26]は、MoSe ₂でのRhドーピング挙動を調査しています。単分子層とその有毒ガス吸着性能の向上。この点から、第一原理理論を使用して、あまり探索されていないMoTe ₂でのRhドーピング挙動を研究することは興味深いでしょう。それらの幾何学的特性を比較し、TMDへのRhドーピングの理解を深めるための単分子層。それを超えて、RhをドープしたMoTe ₂の吸着およびセンシング性能（Rh-MoTe ₂ ）3つのSF ₆上の単分子層分解された種、すなわち、SO ₂ 、SOF ₂ 、およびSO ₂ F ₂ 、は理論的にもシミュレートされ、いくつかの典型的な領域での潜在的なセンシングアプリケーションを調査しました。 Rh-MoTe ₂の電子的および光学的挙動ガス吸着時の単分子層は、SF ₆の検出を実現するために、抵抗型または光学式ガスセンサーとして探索するための基本的な検知メカニズムを提供します。分解された種。脱着挙動は、Rh-MoTe ₂の可能性を検証します SF ₆でこれらの有害ガスを除去するためのガススカベンジャーとしての単分子層別の側面から電力システムの安全な動作を保証する絶縁装置。この研究は、SF ₆の動作状態を評価するための新しいナノセンシング材料とその応用を提案するために意味があります。簡単かつ高効率な方法で断熱装置。

計算の詳細

すべての結果はDmol ³ で取得されました第一原理理論に基づくパッケージ[28]。ファンデルワールス力と長距離相互作用をよりよく理解するために、Grimmeによって提案されたDFT-D法が採用されました[29]。一般化勾配近似（GGA）を使用したPerdew-Burke-Ernzerhof（PBE）関数を使用して、電子交換および相関項を処理しました[30]。原子軌道基底関数系として、二重数値プラス分極（DNP）が採用されました[31]。 Monkhorst-Pack k -スーパーセルジオメトリの最適化のために7×7×1のポイントメッシュが定義されましたが、より正確な k -電子構造計算には10×10×1の点が選択されました[32]。エネルギー許容精度、最大力、および変位は、10 ^{− 5} として選択されました。ハ、2×10 ^{− 3} Ha /Å、および5×10 ^{− 3} それぞれÅ[33]。静的電子構造計算の場合、10 ^{− 6} の自己無撞着ループエネルギー Ha、総エネルギーの正確な結果を保証するための5.0Åの全軌道カットオフ半径[34]。

MoTe ₂ 以下の計算全体を実行するために、4×4のスーパーセルと16Moおよび32Te原子を含む15Åの真空領域を備えた単分子層が確立されました。 4×4のスーパーセルはガス吸着プロセスを実行するのに十分な大きさであり、15Åのスラブは隣接するユニット間の相互作用を防ぐのに適切であることが証明されています[35]。それとは別に、Hirshfeld法[36]は、Rhドーパント（ Q ）の原子電荷を分析するためにこの作業全体で採用されました。 _Rh ）および吸着分子の分子電荷（ Q _T ）。したがって、 Q の正の値 _Rh （ Q _T ）は、Rhドーパント（ガス分子）が電子供与体であり、負の Q であることを表します。 _Rh または Q _T 関連する電子受容挙動を示します。 Rh-MoTe ₂の最も好ましい構成のみ単分子層と吸着システムは、次の部分でプロットおよび分析されます。

結果と考察

Rh-MoTe ₂の分析単層

Rh-MoTe ₂の場合単分子層、4つの可能な吸着サイトが考慮され、T _Hとしてトレースされます（MoTe ₂の六角形リングの中心より上）、T _Mo （Mo原子の上部）、T _Te （Te原子の上部）、およびT _B （2つのTe原子間のブリッジサイト）、それぞれ。結合エネルギー（ E _b ）MoTe ₂へのRhドーピングの場合単層は次のように定式化されます：

$$ {E} _ {\ mathrm {b}} ={E} _ {\ mathrm {Rh} \ hbox {-} {\ mathrm {MoTe}} _ 2}-{E} _ {\ mathrm {Rh}} -{E} _ {{\ mathrm {MoTe}} _ 2} $$（1）

where \（{E} _ {\ mathrm {Rh} \ hbox {-} {\ mathrm {MoTe}} _ 2} \）、 E _Rh 、および\（{E} _ {{\ mathrm {MoTe}} _ 2} \）は、Rh-MoTe ₂のエネルギーを表します。単分子層、Rh原子、および元のMoTe ₂ それぞれ単層。

この定義に基づいて、 E が最も低い最も安定した構成（MSC） _b Rh-MoTe ₂の関連する電子変形密度（EDD）と一致単分子層を図1に示します。RhドーパントがT _Moにトラップされていることがわかります。サイト、MoTe ₂の上層の隣接するTe原子と3つの共有結合を形成します単層。 3つのRh-Te結合は2.54Åと等しく測定され、RhとTe原子の共有結合半径の合計（2.61Å[37]）よりも短く、MoTe _{2 層。計算された E _b この構成の-2.69eVは、T _Hの-2.14eVの構成よりもはるかに大きくなります。サイト、T _Teの場合は-1.28eV サイト、およびT _Bの場合は− 2.55 eV サイト。 Rh-MoTe ₂のRh-Te結合は注目に値します。単分子層は、Rh-MoSe ₂のRh-Se結合よりも長い単層と E _b Rhドーピングの場合、MoTe ₂では小さくなります MoSe ₂と比較した表面片方。これらは、Rh-Te結合よりもRh-Seの結合力が強いことを示しています。 Hirshfeld法に基づいて、Rhドーパントはドーピングプロセス中に電子受容体として動作し、MoTe ₂から0.045eを受け取ります。表面ドーピングにおける電子受容挙動を証明する表面[26]。これは、Rh原子が主に電子の蓄積に囲まれているEDDに準拠しています。}

Rh-MoTe ₂のバンド構造（BS）と状態密度（DOS） MoTe ₂の電子的挙動の変化をよりよく理解するために、システムを図2に示します。 Rhドーピングによる表面。手付かずのMoTe ₂ 単分子層の直接バンドギャップは1.10eVです[38]。図2aでは、Rh-MoTe ₂のバンドギャップ計算によれば、単分子層は0.937eVとして得られます。これは、RhドーパントがMoTe ₂のバンドギャップ内にいくつかの不純物状態を誘発することを示しています。システム、それに応じてシステム全体のバンドギャップを狭めます。その上、価電子帯の上部はГに局在していますポイントと伝導帯の下部は K にありますポイント、Rh-MoTe ₂の間接的な半導体特性を意味しますシステム。図2bでは、Rhドーパントの状態が、元のMoTe ₂の伝導帯の上部に大きく寄与していることがわかります。単分子層とフェルミ準位の周りにいくつかの新しいDOSピークを形成します。これらのピークは、システム全体の電子的動作を一見変化させ、それに応じてその電気伝導率を低下させます。 RhドーパントがT _Moにトラップされているため Te原子と結合を形成するサイト、RhおよびTe原子の原子DOSをプロットして、それらの間の電子混成挙動を理解します。図2cに示すように、Rh 4 d 軌道はTe5 p と強くハイブリッドです軌道は−5から2eVであり、Rh-Teの化学結合の形成につながる重要な結合相互作用を説明しています。

Rh-MoTe ₂のガス吸着構成単層

Rh-MoTe ₂のリラックスした構造に基づいています単分子層、SO ₂の吸着、SOF ₂ 、およびSO ₂ F ₂ Rh中心の周りの表面上の分子は完全にシミュレートされます。その前に、追加ファイル1：図S1に示されているように、3つのガス分子の幾何学的構造も最適化する必要があります。吸着エネルギー（ E _ad ）は、各システムの最も安定した構成を決定するために使用され、次のように定式化されます。

$$ {E} _ {\ mathrm {ad}} ={E} _ {\ mathrm {Rh} \ hbox {-} {\ mathrm {MoTe}} _ 2 / \ mathrm {gas}}-{E} _ { \ mathrm {Rh} \ hbox {-} {\ mathrm {MoTe}} _ 2}-{E} _ {\ mathrm {gas}} $$（2）

ここで、\（{E} _ {\ mathrm {Rh} \ hbox {-} {\ mathrm {MoTe}} _ 2 / \ mathrm {gas}} \）と\（{E} _ {\ mathrm {Rh} \ hbox {-} {\ mathrm {MoTe}} _ 2} \）は、Rh-MoTe ₂の総エネルギーです。 E に対して、吸着前後の単分子層 _ガスは孤立したガス分子のエネルギーです。この定義によれば、 E が最も低いMSC _ad 識別できます。

ガス吸着中の電荷移動挙動をよりよく理解するために、EDDも構成ごとに計算されます。 SO ₂の詳細情報、SOF ₂ 、およびSO ₂ F ₂ 吸着は図1および2に見ることができます。それぞれ3、4、5。さらに、 E を含む吸着パラメータ _ad 、電荷移動（ Q _T ）、および結合長（ D ）を表1に示します。

<図>

SO ₂の場合 Rh-MoTe ₂への吸着単分子層、図3から、SO ₂ 分子は基本的にMoTe ₂と平行です 1つのO原子と1つのS原子がRhドーパントによってトラップされた層。表1に示すように、新しく形成されたRh-OおよびRh-S結合は、それぞれ2.16および2.36Åと測定され、RhドーパントとSO ₂の間の強い結合力を示しています。分子。その上、 E _ad は-1.65eVとして得られ、SO ₂の化学吸着を意味します。システム、および Q _T は− 0.333 eとして得られ、SO ₂の電子吸引挙動を意味します。。吸着後、Rhドーパントは0.017 eだけ負に帯電します。これは、吸着されたSO ₂に0.028eが寄与することを意味します。充電の他の部分（0.305）はMoTe ₂から来ています単層。 MoTe ₂の吸着パラメータとの比較 / SO ₂ システム（ E _ad =− 0.245 eV; Q _T =− 0.086 e; D =3.44Å[14]）、Rhドーピングは、MoTe ₂の反応挙動と電子的再分配を大幅に強化すると推測できます。 SO ₂上の単分子層吸着、吸着剤をガス相互作用にとって非常に望ましいものにします。さらに、SO ₂のS-O結合分子は、吸着後、気相の均一な1.48Åから1.50Åと1.58Åに別々に伸長します。 Rh-MoTe ₂の3つのRh-Te結合単分子層はそれぞれ2.58、2.58、2.64Åに伸長します。これらの変形は、ナノ吸着剤とガス状吸着物の両方の吸着中の幾何学的活性化を意味し、ここでの強力な化学吸着をさらに確認します。 EDD分布から、SO ₂ 分子は電子の蓄積に囲まれており、これはヒルシュフェルトの分析と一致しています。電子の蓄積は主にRh-S結合とRh-O結合を取り囲んでおり、新しい化学結合の形成における電子混成を示唆しています。

Rh-MoTe ₂で / SOF ₂ 図4に示すシステム、SOF ₂ O末端位置でRhドーパントに近づくのに好ましい分子であり、S原子と2つのF原子で構成される平面はMoTe ₂にほぼ平行です。層。ただし、RhドーパントとSOF ₂の間に新しい結合が形成されることを示唆する明らかな証拠はありません。分子。 Rh-Oの最も近い距離は2.25Åと測定され、SO ₂の距離より少し長くなります。システム、およびSOF ₂ 分子は、相互作用後に大きな幾何学的変形を受けません。これらの発見は、Rh-MoTe ₂の吸着性能が比較的弱いことを示しています。 SOF ₂の単分子層 SO ₂との比較。表1に示すように、 E _ad は、再び物理吸着をサポートする− 0.46eV [39]および Q として計算されます。 _T は0.040eとして得られ、SOF ₂の電子供与挙動を意味します。。 EDDによると、電子の蓄積は主にSOF ₂の間の領域に局在していることがわかります。分子とRhドーパント。これは、SOF ₂での電子の枯渇が、それらの間の混成軌道を意味します。分子はHirshfeld分析と一致します。

SO ₂に関して F ₂ 吸着システムは、図5に示すように、最適化後、SO ₂ F ₂ 分子はF原子とSO ₂に分解される傾向があります Fグループ。両方とも、Rh-F結合とRh-S結合をそれぞれ形成するRhドーパントによって捕捉され、関連する結合長は2.02Åと2.26Åです。新しく形成された結合は、RhドーパントとSO ₂の間の強い結合力を示しています。 F ₂ 計算された E と組み合わされた分子 _ad 2.12 eVは、SO ₂でのRhドープ表面の化学吸着の性質を示しています。 F ₂ SO ₂と同様の吸着システム。 EDDから、電子の蓄積はSO ₂に大きく局在しています。 F ₂ 分子、 Q の結果と一致 _T （− 0.753 e）Hirshfeld分析に基づく。一方、電子の枯渇の多くはRhドーパントに局在し、MoTe ₂にはわずかです。単層。言い換えれば、Rhドーパントは、吸着されたSO ₂への電荷移動に大きく寄与します。 F ₂ 分子、その高い電子移動度と強い化学反応性を示します[40]。同時に、Rh-S結合とRh-F結合での電子の蓄積と電子の枯渇の重なりは、それらの形成における電子混成を示唆しています。

吸着構成とパラメータの分析に基づいて、Rh-MoTe ₂ 単分子層は、SO ₂で最高のパフォーマンスを発揮します F ₂ 分子、続いてSO ₂ そして最後のものはSOF ₂に来ます。一方、Rhドーパントは、このシステムの電子分布に大きな影響を与える可能性があるため、Rh-MoTe ₂の電子的挙動を劇的に変化させます。単層。

Rh-MoTe ₂の電子的振る舞いガス吸着時の単分子層

Rh-MoTe ₂の電子的挙動を理解するために、3つの吸着システムのバンド構造（BS）と状態密度（DOS）を図6に示します。ガス吸着における単分子層。上記で分析したように、Rh-MoTe ₂ 単層はSO ₂で最高のパフォーマンスを発揮します F ₂ 吸着。したがって、図6（c2）から、SO ₂の分子DOSがわかります。 F ₂ 顕著な変形を経験しますが、これは一体的に左にシフトし、いくつかの状態はフェルミ準位より下の大きな状態に結合します。軌道DOSが示されている図6（c3）から、Rh 4 d 軌道はF2 p と高度にハイブリッドです軌道であり、S 3 p とややハイブリッドです。軌道。このことから、Rh-F結合はRh-Sよりも強いと考えられます。 SO ₂でシステム、Rh 4 d 軌道はO2 p と高度にハイブリッドです軌道とそれに続くS3 p 図6（a3）の軌道であり、RhドーパントはS原子よりもO原子との結合力が強いと推測することもできます。このようなハイブリダイゼーションにより、SO ₂の分子DOS 図6（a2）では顕著な変形が見られます。 SOF ₂についてシステムでは、図6（b3）で、Rhドーパントが最も近いO原子との軌道混成軌道をほとんど持たないことがわかります。これは、SOF ₂の弱い相互作用をサポートします。吸着。

軌道および分子DOSの変更に伴い、純粋なRh-MoTe ₂と比較して、ガス吸着システムの全体的な状態が自動的に変更されます。システム。吸着系のBSが描かれている図6（a1）–（c1）から、SOF ₂のBSがわかります。システムは、孤立したRh-MoTe ₂と比較して、大きな変形を経験しません。システム、SO ₂ およびSO ₂ F ₂ システムは異なり、フェルミ準位の周りにいくつかの新しい状態が出現するため、バンドギャップが大幅に狭くなります。詳細には、Rh-MoTe ₂のバンドギャップ SO ₂の吸着後、0.863、0.913、および0.675eVに減少します。、SOF ₂ 、およびSO ₂ F ₂ 、それぞれ。これにより、Rh-MoTe ₂の基本的な検知メカニズムが提供されます。可能な抵抗型ガスセンサーとしての単分子層。

フロンティア分子軌道解析

BS分析に基づく結果を確認するために、フロンティア分子軌道理論を実行して、孤立およびガス吸着されたRh-MoTe ₂のフロンティア分子軌道（FMO）の分布とエネルギーを分析します。水面。 FMOには、最高被占軌道（HOMO）と最低空軌道（LUMO）が含まれており、それらの間のエネルギーギャップにより、分析対象のシステムの電気伝導率を評価できます[41]。 FMOのエネルギーの正確な結果を取得するために、計算のこの部分のスミアリングは10 ^{− 4} に設定されています。 Å。 Ru-MoTe ₂のFMOの分布とエネルギーガス吸着前後の単分子層を図7に示します。

図7aから、HOMOとLUMOは主にRhドーパントに局在していることがわかり、周囲での反応性が高いことがわかります。 HOMOとLUMOのエネルギーはそれぞれ-4.885と-3.927eVとして得られ、計算されたバンドギャップは0.958eVです。図7b–dに示すように、3つのガス種の吸着後、Rh-MoTe ₂のFMO分布表面はさまざまな程度の変形に悩まされており、そこで反応が起こり、電子雲が収束します。これらの変形に伴い、FMOのエネルギーもそれに応じて変化しました。 FMOのエネルギーは、3つのガスの吸着後にさまざまな程度に減少することがわかります。SOF₂ システムは最大の減少を経験します。ただし、SOF ₂のエネルギーギャップシステムは、純粋なRh-MoTe ₂と比較して最小の変化を受けます。システム。具体的には、Rh-MoTe ₂のエネルギーギャップ単分子層（0.958 eV）は、SOF ₂の後に0.044eV減少します。吸着、SO ₂後に0.061および0.281eV減少しますおよびSO ₂ F ₂ それぞれ吸着。これらの発見は、Rh-MoTe ₂の電気伝導率が単分子層は3つのガスの吸着後に減少し、その減少はSO ₂で最も顕著です。 F ₂ BS分析からの結論と一致するシステム。さらに、フロンティア分子軌道理論からのエネルギーギャップは基本的にBS結果からのバンドギャップのエネルギーギャップに近く、計算の精度が高いことを意味します。

センシング応答とリカバリプロパティ

Rh-MoTe ₂のバンドギャップの変化ガス吸着後の単分子層は、関連するガス雰囲気での電気伝導率の変化を示します[42]。これは、Rh-MoTe ₂の探索のための基本的な検知メカニズムを提供できます。抵抗型ガスセンサーとしての単分子層。さらに、電気伝導率の変化が大きいほど、ガス検知の感度が高くなります。 Ru-MoTe ₂の可能性を特定するセンサーとしての単分子層、その導電率（σ）および感度（ S ）3つの典型的なガスは、次の式を使用して計算されます[43、44]：

$$ \ sigma =\ mathrm {A} \ cdot {e} ^ {\ left（-{B} _g / 2 kT \ right）} $$（3）$$ S =\ frac {\ frac {1} { \ sigma _ {\ mathrm {gas}}}-\ frac {1} {\ sigma _ {\ mathrm {pure}}}} {\ frac {1} {\ sigma _ {\ mathrm {pure}}}} =\ frac { \ sigma _ {\ mathrm {pure}} \ hbox {-} {\ sigma} _ {\ mathrm {gas}}} {\ sigma _ {\ mathrm {gas}}} $$（4）

式3では、Aは定数 B です。 _g 分析されたシステムのバンドギャップ、 k はボルツマン定数であり、 T は作動温度です。式4では、σ _ガスおよびσ _純粋それぞれ、分析された吸着システムと分離されたRh-MoTe ₂の導電率を意味します単層。このような2つの式によれば、 S ガス吸着前後のバンドギャップだけで特定の表面の表面を得ることができます。計算後、Rh-MoTe ₂の感度 SO ₂上の単分子層、SOF ₂ 、およびSO ₂ F ₂ 298 Kでの検出率は、それぞれ76.3、37.3、および99.4％です。これらの発見は、Rh-MoTe ₂ 単分子層は、SO ₂で最も優れたセンシング動作を備えています F ₂ 、続いてSO ₂ そして最後のものはSOF ₂に来ます。この順序は、吸着パラメータと電子的挙動の分析に準拠しています。これらの結果に基づいて、Rh-MoTe ₂ 単層はSO ₂の高感度検出を実現できますおよびSO ₂ F ₂ 室温で。

ガスセンサーの再利用性を評価するため、および特定の表面からのガス脱着の回復時間（τ）を短縮するために、回復特性も重要です。回復時間は温度（ T）に関連するため、通常、加熱技術が考慮されます。 ）、[45] \（\ tau ={A} ^ {-1} {e} ^ {\ left（-{E} _a / {K} _BT \ right）} \）として定式化されます。この式では、 A 10 ¹² を参照する試行頻度です s ^{− 1} [46]、 E _a E と同等と決定されるポテンシャル障壁です。 _ad この作品では、 K _B はボルツマン定数（8.318×10 ^{− 3} kJ /（mol・K））。

式に基づいて、Rh-MoTe ₂の回復動作 298、448、および598 Kの単分子層が図8に示されています。この図から、SO ₂の脱離がわかります。 F ₂ およびSO ₂ 室温では非常に困難ですが、SOF ₂ Rhをドープした表面との結合力が弱いため、回復時間は非常に短くなります。加熱により、SO ₂の回復時間 F ₂ またはSO ₂ 脱着は著しく減少し、温度が598 Kに上昇すると、SO ₂での回復時間システム（79.48秒）が良好になり、数分で再利用できるようになります。これは、Rh-MoTe ₂の可能性をサポートします SO ₂を検出するための再利用可能なガスセンサーとしての単分子層。一方、SO ₂の回復時間は長い F ₂ 598 Kでの脱着（7.24×10 ⁵ ）ここでも強い化学吸着を反映しています。温度を上げ続けることで回復時間をさらに短縮することができますが、検知材料の熱安定性と検知アプリケーションでの高エネルギー消費は別の問題になります。これらすべてを考慮すると、Rh-MoTe ₂ 単層はSOF ₂のセンサーとしては適していません検出。ただし、Rh-MoTe ₂を提案する別の考えがあります。 SF ₆でこの有害ガスを除去するためのガス吸着剤としての単分子層絶縁装置、したがってそれらの安全な操作を保証します。さらに、別の側面からの分析のこの部分は、Rh-MoTe ₂を探索するのが不適切であることを明らかにしています。 SO ₂としての単分子層 F ₂ 表面との相互作用が弱いセンサー。

Rh-MoTe ₂の光学的動作 Monolayer upon Gas Adsorption

Given the desirable optical property of MoTe₂ monolayer, the calculation of the dielectric function of Rh-MoTe₂ monolayer upon gas adsorption is conducted, as displayed in Fig. 9, to illustrate its possibility as an optical gas sensor.

From Fig. 9, it is seen that there have three main adsorption peaks for the isolated Rh-MoTe₂ monolayer, localizing at 148, 389, and 1242 nm, among which the former two distance are in the range of ultraviolet ray and the last one is in the range of infrared ray. After gas adsorption, the peaks in ultraviolet range suffer small deformation and that in infrared range undergoes significant deformation. Detailedly, the peak intensity at 1242 nm decreases after SOF₂ adsorption whereas increases after SO₂ およびSO ₂ F ₂ adsorption, and the blue shift could also be identified in the SOF₂ system. Therefore, it could be assumed that Rh-MoTe₂ monolayer is a promising optical sensor for sensitive and selective detection of three gases by infrared device.

In short, it is worth adding that this work makes a progressive research for proposing novel nanomaterials to realize the detection of SF₆ decomposed species through various techniques, which would be significant to fulfil the evaluation of SF₆ insulation devices in an easy and high-efficiency manner.

結論

In this paper, the potential application of Rh-MoTe₂ monolayer as a gas sensor for detection of SF₆ decomposed species is explored, which mainly contains two aspects:(1) Rh doping behavior on the intrinsic MoTe₂ monolayer and (2) adsorption and sensing behaviors of Rh-MoTe₂ monolayer upon SO₂ , SOF₂ 、およびSO ₂ F ₂ 。 It is found that the Rh dopant prefers to be doped on the MoTe₂ surface through the T_Mo site with E _b of − 2.69 eV, exerting great electron hybridization with the Te atoms. The adsorption performance of Rh-MoTe₂ monolayer upon three gases are in order as SO₂ F ₂> SO₂> SOF₂ , in which chemisorption is identified in SO₂ F ₂ およびSO ₂ systems while physisorption in SOF₂ system, as further supported by the DOS analysis. Rh-MoTe₂ monolayer is a promising resistance-type gas sensor for recycle detection of SO₂ with a response of 76.3%, is a desirable adsorbent for SO₂ F ₂ removal from the SF₆ insulation device, and is promising as an optical sensor for selective detection of three gases. All in all, Rh-MoTe₂ monolayer is a potential sensing material for detection of SF₆ decomposed species. This work is meaningful to propose novel nano-sensing material and to realize the effective evaluation of SF₆ insulation devices in an easy and high-efficiency manner.

Methods Section

This work means to explore novel 2D sensing materials using first-principle theory for application in electrical engineering, through detecting the SF₆ decomposed species to evaluate the operation status of high-voltage insulation devices.