13种气体在h-Be2P4纳米片上的吸附及其有效检测有毒气体的可能性

《ChemPhysChem》：Adsorption of 13 Gases on h-Be2P4 Nanosheet and Its Possibility to Effectively Detect Toxic Gases

传感器材料六方Be2P4单层通过理论模拟验证可有效检测CO、NO、NO2等10种气体，在CO2和N2共存下仍保持高选择性，检测限显著低于IDLH标准，其中NO2、NH3、HCN检测限分别为7.3×10^-10、2.14×10^-6、14 ppm。

　　

摘要

具有高灵敏度、选择性和检测限（LOD）的传感材料在工业过程监测和环境污染控制中起着关键作用。本文采用密度泛函理论和从头算分子动力学模拟方法，发现六方结构的Be₂P₄（h-Be₂P₄）单层材料是一种新型有毒气体传感器。研究了10种目标气体（CO、NO、NO₂、SO₂、H₂S、NH₃、PH₃、AsH₃、COCl₂和HCN）以及3种环境气体（N₂、CO₂和H₂O）在该材料上的吸附性能。结果表明，基于h-Be₂P₄的传感器对所有目标气体都具有较高的灵敏度、高选择性和较短的恢复时间，并且在CO₂和N₂存在的情况下仍能保持良好的吸附稳定性。尽管H₂O的存在会部分降低选择性，但检测限表明该传感器在298.15 K时仅能检测到六种目标气体，其检测限依次为：NO₂< />₃< />< />₂< />< />₃。这些气体的检测限分别为7.3×10^?10 ppm、2.14×10^?6 ppm和14 ppm，远低于相应的“立即危及生命或健康”（IDLH）限值的一半，显示出该传感器在检测NO₂、NH₃和HCN方面的优异性能。

图形摘要

本研究证明，基于h-Be₂P₄的传感器在CO₂和N₂存在的情况下，对NO₂、NH₃和HCN具有高灵敏度、高选择性和良好的稳定性。其检测限远低于相应的“立即危及生命或健康”限值的一半，表现出优异的性能。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

本研究的支持数据可在本文的补充材料中找到。