Pd摻雜ZnO對NO及CO氣體表面吸附的第一性原理研究.pdf

1、隨著當代工業(yè)和科技的快速發(fā)展，如何對有毒有害氣體、易燃易爆氣體進行有效的監(jiān)測成為人們日益關心的領域。以氣敏材料為核心，并在此基礎上發(fā)展出的氣敏傳感器在日常生活中使用范圍越來越大。因此，開發(fā)性能優(yōu)異的氣敏傳感器就有很強的實際意義。
　　本論文以ZnO氣敏材料作為研究對象，運用第一性原理方法，對整個實驗中的優(yōu)化參數(shù)ZnO晶體特性以及Pd摻雜ZnO材料進行了模擬計算；對ZnO材料吸附NO、CO氣體的氣敏性進行了模擬計算；對摻雜Pd的Zn

2、O材料吸附NO、CO氣體的氣敏性進行了模擬計算；并研究了負載Pt對ZnO材料吸附NO、CO氣體氣敏性的影響。
　　通過對截斷能和 K點進行測試，確定了符合精度和計算量要求的截斷能為420eV，K點為4×4×4，該參數(shù)設置下的計算值與公認實驗值誤差小于2％。利用第一性原理模擬Pd摻雜ZnO，結果表面Pd摻雜ZnO絕大部分都是以替代Zn位來實現(xiàn)的，同時摻雜導致ZnO表面電子結構發(fā)生了改變。通過建立ZnO晶體四個指數(shù)面的吸附模型（ZnO

3、（110）、ZnO（100）、ZnO（101）、ZnO（001）），結構優(yōu)化后分析表面能發(fā)現(xiàn)，ZnO（001）是最穩(wěn)定的指數(shù)面，說明在實際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。
　　通過模擬ZnO（001）模型對NO、CO氣體的吸附發(fā)現(xiàn)，吸附NO、CO均是自發(fā)的無需外界幫助，但是吸附能的值不高，說明需要對吸附材料進行加熱，才能使材料對NO、CO的吸附效果增加，這也

4、與實際情況下ZnO基氣敏傳感器的工作溫度高于室溫一致。通過對比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。
　　通過模擬Pd-ZnO（001）模型對NO、CO氣體的吸附發(fā)現(xiàn)，吸附NO、CO均是自發(fā)的無需外界幫助，在ZnO中摻雜Pd能有效提高ZnO氣敏材料對NO的選擇性與吸附性，同時降低ZnO基氣敏傳感器的工作溫度。通過對比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。對于ZnO來說，摻雜Pd會顯著提升ZnO材料對CO和NO氣體的吸附性能，顯著的增強ZnO對CO和NO氣體的吸附性與選擇性，同時降低ZnO基氣敏傳感器的工作溫度。
　　通過對負載Pt后的Pt-Pd-ZnO（001）模型對NO、CO氣體的吸附模擬發(fā)現(xiàn)，吸附NO、CO均是自發(fā)的無需外界幫助。在Pd-ZnO中負載Pt會降低Pd-Z