Дослідження електронних властивостей кластера (ZnO)12 при адсорбції газів методом теорії функціонала густини

Abstract

У межах теорії функціоналу густини проведено дослідження адсорбції молекул різних газів (О2, Н2О, СО, NO2, NH3, СН3ОН, C3H6O і С2Н5ОН) на поверхні нанокластерів Zn12O12. Для кожного кластеру було проведено оптимізацію (релаксацію) геометрії структури а потім на поверхню додава- лись молекули О2, Н2О, СО, NH3 етанолу та метанолу. Встановлено, що молекули Н2О, СО, NO2, NH3, СН3ОН, C3H6O і С2Н5ОН збільшуть концентрацію основних носіїв (електронів) у сенсорній системі, то- ді як молекули О2 і NO2, знижують їх концентрацію. Адсорбція молекул спричинює також зменшення ширини забороненої зони нанокластерів. Найрізкіше зменшення спостерігається для молекули О2, а серед донорних молекул найбільший вплив здійснюють молекули СО та NH3.

В пределах теории функционала плотности проведено исследования адсорбции различных газов (О2, Н2О, СО, NO2, NH3, СН3ОН, C3H6O и С2Н5ОН) на поверхности нанокластера Zn12O12. Для каждого кластера было проведено оптимизацию геометрии структуры, а затем на поверхность добавлялись молекулы О2, Н2О, СО, NO2, NH3, метанола, ацетона и этанола. Установлено, что молекулы Н2О, СО, NO2, NH3, СН3ОН, C3H6O і С2Н5ОН увеличивают концентрацию основных носителей (электронов) в сенсорной системе, тогда как молекулы О2 снижают их концентрацию. Адсорбция молекул вызывает также уменьшение ширины запрещенной зоны нанокластеров. Резкое уменьшение наблюдается для молекулы О2, а среди донорных молекул наибольшее влияние осуществляют молекулы СО и NH3.

A density functional theory study of the adsorption of molecules of different gases (O2, H2O, CO, NO2, NH3, CH3OH, C3H6O and C2H5OH) on the surface of nanoclusters Zn12O12 were performed. For each cluster an optimization (relaxation) of structures geometry were performed and then the molecules of O2, H2O, CO, NO2, NH3, methanol, acetone and ethanol had been added to the surface. It was determined that the molecules of H2O, CO, NO2, NH3, CH3OH, C3H6O and C2H5OH increase the concentration of the main charge carriers (electrons) in sensor systems, whereas molecule O2, reduce their concentration. Adsorption of molecules causes the reducing of the band gap of nanoclusters. The sharpest decrease is observed for O2 molecules, and among donor molecules the greatest impact was observed with CO and NH3 molecules.