C/Ru共掺杂金红石型TiO2对甲醛光学气敏特性的影响

作者：牟芷瑶; 冯庆^*; 付岳; 高鑫; 朱洪强

来源：功能材料, 2021, 52(09): 9183-9190.

• 光学气敏效应
• HCHO气体
• 密度泛函理论
• TiO2
• 掺杂

光学气敏效应是材料表面与探测气体的相互作用引起材料光学性质变化,从而探测到气体含量,是一种高灵敏度、可靠的检测气体含量的方法。金属氧化物半导体由于禁带附近的电子性质活跃,常被作为光学气敏材料。甲醛(HCHO)是一种房间装修过程中常见的室内空气污染物,是室内气体环境主要污染源。本文通过在金红石型TiO2(110)表面分别掺杂C、Ru和共掺C/Ru元素,分析表面吸附甲醛分子的光学气敏性质变化的原因,发现杂质元素的2p和4d电子协同作用,使材料气敏特性显著提高。利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,分析材料表面结构、态密度、电荷布居、光学性质以及选择性。研究发现,在HCHO气体环境下,杂质元素增强了金红石表面的氧化性,而C/Ru共掺杂的体系表面光学气敏效应最显著。C/Ru共掺杂使材料表面有更佳的光学气敏传感特性,对低浓度HCHO的灵敏探测是一种有效的探测方法。

• 单位
  电子工程学院; 重庆师范大学