缺陷与掺杂共存的黑磷烯甲醛传感行为的电子理论

黑磷烯(black phosphorene, BP)因其"褶皱"的晶格结构而具有较高的比表面积, 在气体吸附及气体传感器方面应用具有很大的优势. 掺杂及缺陷对其传感性有较大的影响. 本文以基于密度泛函理论的第一性原理方法为基础探究了本征、Al掺杂、含P原子空缺以及P空位与Al掺杂共存的黑磷烯体系吸附甲醛前后的传感行为. 通过建立含缺陷和掺杂吸附体系的结构模型, 计算得出了吸附能、能带结构及电荷转移等电子结构参数. 结果表明, 本征BP烯以及含P原子空缺的BP烯体系对甲醛分子吸附能力较弱, P原子空缺对电导率以及电荷转移没有影响, 所以本征黑磷烯不适合用于传感器材料. Al掺杂和P空位与Al掺杂共存的BP烯体系, 吸附甲醛分子的能力明显比前两种情况增强, 电荷转移明显增加, 改变了载流子浓度, 提高了电导率.此外, 在能带图中明显看到产生一个杂质能级, 有效带隙明显变窄, 表明Al掺杂提高了纯净和含P空位黑磷烯的传感性. 因此, Al掺杂和P空位与Al掺杂共存的BP烯体系预计可成为一种新的传感器材料.