锐钛矿型氧化物XO2(X=Ti,Sn,Zr,Ir)表面氧化性对NH3气体光学气敏传感特性的影响

作者：李逸; 冯庆^*; 张礼强; 付岳; 牟芷瑶; 辜永红

来源：原子与分子物理学报, 2021, 38(05): 41-48.

DOI：10.19855/j.1000-0364.2021.051005

• 锐钛矿相
• NH3
• 金属氧化物
• 密度泛函理论
• 光学气敏传感材料

锐钛矿相金属氧化物XO2(X=Ti,Sn,Zr,Ir)是具有传感特性的常见材料.光学气敏效应是指气体分子吸附在气敏传感材料上,与表面氧空位发生氧化还原反应,由于光学性质发生改变而检测出气体的成分和浓度,因此,氧化还原反应的强弱是反应传感性能的核心原因.本文采用密度泛函理论(DFT)体系下广义梯度近似(GGA)第一性原理平面波超软赝势方法,分析和计算了含氧空位的锐钛矿相XO2(X=Ti,Sn,Zr,Ir)表面特性.通过以NH3为目标分子,研究分子表面吸附引起的氧化还原反应的机理,分析不相同的氧化物表面的几何结构、吸附能、态密度、差分电荷密度、电荷布居、电荷转移、光学性质等.研究发现:目标分子稳定吸附在氧化物表面后改变材料光学性质. Sn O2表面对分子的吸附能最大,Ir O2表面与分子的吸附距离最小. NH3分子与表面间存在电荷转移,其转移电子数目大小为:Ir O2> Ti O2> Zr O2> Sn O2,氧化物表面氧化性的大小为:Ir O2氧空位> Ti O2氧空位> Zr O2氧空位> Sn O2氧空位;比较吸收谱和反射谱发生变化最为明显的是Ti O2表面.结论,在可见光范围内,波长在400～530 nm时,Sn O2表面光学气敏传感效应更好.而在530～760 nm范围Ti O2表面光学气敏传感效应更好.

• 单位
  重庆师范大学; 电子工程学院