Pd摻雜ZnO對(duì)NO及CO氣體表面吸附的第一性原理研究.pdf

1、隨著當(dāng)代工業(yè)和科技的快速發(fā)展，如何對(duì)有毒有害氣體、易燃易爆氣體進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)成為人們?nèi)找骊P(guān)心的領(lǐng)域。以氣敏材料為核心，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展出的氣敏傳感器在日常生活中使用范圍越來(lái)越大。因此，開(kāi)發(fā)性能優(yōu)異的氣敏傳感器就有很強(qiáng)的實(shí)際意義。
　　本論文以ZnO氣敏材料作為研究對(duì)象，運(yùn)用第一性原理方法，對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)中的優(yōu)化參數(shù)ZnO晶體特性以及Pd摻雜ZnO材料進(jìn)行了模擬計(jì)算；對(duì)ZnO材料吸附NO、CO氣體的氣敏性進(jìn)行了模擬計(jì)算；對(duì)摻雜Pd的Zn

2、O材料吸附NO、CO氣體的氣敏性進(jìn)行了模擬計(jì)算；并研究了負(fù)載Pt對(duì)ZnO材料吸附NO、CO氣體氣敏性的影響。
　　通過(guò)對(duì)截?cái)嗄芎?K點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，確定了符合精度和計(jì)算量要求的截?cái)嗄転?20eV，K點(diǎn)為4×4×4，該參數(shù)設(shè)置下的計(jì)算值與公認(rèn)實(shí)驗(yàn)值誤差小于2％。利用第一性原理模擬Pd摻雜ZnO，結(jié)果表面Pd摻雜ZnO絕大部分都是以替代Zn位來(lái)實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)摻雜導(dǎo)致ZnO表面電子結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。通過(guò)建立ZnO晶體四個(gè)指數(shù)面的吸附模型（ZnO

3、（110）、ZnO（100）、ZnO（101）、ZnO（001）），結(jié)構(gòu)優(yōu)化后分析表面能發(fā)現(xiàn)，ZnO（001）是最穩(wěn)定的指數(shù)面，說(shuō)明在實(shí)際ZnO材料中ZnO（001）面裸露在表面的可能性最大，故選取ZnO（001）面為研究ZnO吸附性能的模型。
　　通過(guò)模擬ZnO（001）模型對(duì)NO、CO氣體的吸附發(fā)現(xiàn)，吸附NO、CO均是自發(fā)的無(wú)需外界幫助，但是吸附能的值不高，說(shuō)明需要對(duì)吸附材料進(jìn)行加熱，才能使材料對(duì)NO、CO的吸附效果增加，這也

4、與實(shí)際情況下ZnO基氣敏傳感器的工作溫度高于室溫一致。通過(guò)對(duì)比ZnO（001）面吸附CO和NO氣體的吸附性能發(fā)現(xiàn)，NO更容易吸附在ZnO（001）面上，吸附NO需要的工作溫度也低于CO。
　　通過(guò)模擬Pd-ZnO（001）模型對(duì)NO、CO氣體的吸附發(fā)現(xiàn)，吸附NO、CO均是自發(fā)的無(wú)需外界幫助，在ZnO中摻雜Pd能有效提高ZnO氣敏材料對(duì)NO的選擇性與吸附性，同時(shí)降低ZnO基氣敏傳感器的工作溫度。通過(guò)對(duì)比Pd-ZnO（001）面吸附C

5、O和NO氣體的吸附性能發(fā)現(xiàn)，所以NO更容易吸附在Pd-ZnO（001）面上，吸附NO需要的工作溫度也低于CO。對(duì)于ZnO來(lái)說(shuō)，摻雜Pd會(huì)顯著提升ZnO材料對(duì)CO和NO氣體的吸附性能，顯著的增強(qiáng)ZnO對(duì)CO和NO氣體的吸附性與選擇性，同時(shí)降低ZnO基氣敏傳感器的工作溫度。
　　通過(guò)對(duì)負(fù)載Pt后的Pt-Pd-ZnO（001）模型對(duì)NO、CO氣體的吸附模擬發(fā)現(xiàn)，吸附NO、CO均是自發(fā)的無(wú)需外界幫助。在Pd-ZnO中負(fù)載Pt會(huì)降低Pd-Z