4d金属掺杂增强SnO2对丙酮光学传感特性的理论分析

作者：付岳; 冯庆^*; 牟芷瑶; 高鑫; 朱洪强

来源：人工晶体学报, 2021, 50(12): 2339-2346.

DOI：10.16553/j.cnki.issn1000-985x.20211110.002

• 光学材料
• 丙酮气体
• 金属杂质
• 金红石
• 密度泛函理论
• 光学气敏传感

通过检测人体呼出气体中的微量丙酮可以筛查出早期的糖尿病患者,因此寻找能进行微量丙酮气体灵敏探测的材料是一个研究热点。本文计算4d金属杂质Mo、Ru、Rh、Ag掺杂金红石相SnO2(110)表面吸附丙酮分子后的表面电荷布居(氧化还原性能)、态密度、光学性质以及吸附稳定性,讨论了4d金属杂质掺杂对金红石相SnO2(110)表面光学气敏传感特性的影响。研究结果发现:各金属杂质对表面的氧化还原性能都有着不同程度的影响;4d电子在费米能级附近形成杂质峰,其中Ru-4d电子引入的杂质峰最大,离费米能级最近,对SnO2的禁带宽度改善最大;Ru掺杂对于金红石相SnO2(110)表面在可见光范围内(400～760 nm)的光学性质的改善相对于Mo、Rh、Ag掺杂也有着较大的优势;所有的掺杂表面都能自发吸附丙酮分子,吸附后稳定性为:Ru>Rh>Ag>Mo。结论表明,Ru掺杂的SnO2作为较为有效的丙酮光学气敏探测材料,有望通过探测人体呼出气体中的丙酮从而达到改善糖尿病的早期发现和诊断的效率。

• 单位
  电子工程学院; 重庆师范大学