编辑推荐：
为解决酸雨气体（NO、NO?、SO?、SO?）检测与捕获难题，研究人员利用第一性原理计算，系统探究 Cu 或 Rh 掺杂 InSe 单原子层的气敏及吸附性能。发现 Cu 掺杂提升灵敏度，Rh 掺杂利于长效捕获，为环保二维材料设计提供思路。
酸雨作为全球性环境难题，其主要成分氮氧化物（NO、NO?）和硫氧化物（SO?、SO?）通过工业排放、汽车尾气等途径进入大气，经水汽溶解后形成酸性降水，对土壤、水体、建筑乃至人类健康造成严重威胁。传统气体检测与捕获材料面临灵敏度不足、吸附能力有限或环境适应性差等问题，开发高效的二维（2D）功能材料成为环保领域的研究热点。在众多 2D 材料中，硒化铟（InSe）单原子层因具备合适的带隙（~1.3 eV）、高载流子迁移率和独特的电子各向异性，在气敏领域展现潜力，但其与气体分子相互作用较弱，限制了实际应用。如何通过结构改性提升 InSe 对酸雨气体的响应能力，成为亟待突破的科学问题。
为攻克上述难题，中国科学院海西研究所的研究人员开展了 Cu 或 Rh 掺杂 InSe 单原子层用于酸雨气体检测与捕获的研究。团队基于第一性原理密度泛函理论（DFT）计算，系统分析了掺杂对 InSe 气敏性能、吸附行为及恢复特性的影响，相关成果发表在《Computational and Theoretical Chemistry》。
研究采用 DMol3 软件包，基于广义梯度近似（GGA）的 Perdew–Burke–Ernzerhof（PBE）泛函，对孤立气体分子（NO、NO?、SO?、SO?）和 InSe 单原子层进行几何优化与电子结构计算，分析吸附能、电荷转移、电子结构变化及恢复时间，评估材料的灵敏度与吸附可逆性。
结构优化与气体分子特性
优化后的 NO 呈线性结构，N-O 键长 1.164 ?；NO?和 SO?为弯曲结构，N-O 键长 1.209 ?、S-O 键长 1.481 ?，键角分别为 133.28° 和 120.09°；SO?呈三角结构，S-O 键长 1.463 ?，键角 120°，为后续吸附研究奠定结构基础。
Cu 掺杂 InSe 的气敏性能
计算表明，Cu 掺杂显著增强 InSe 对 NO?、SO?、SO?的敏感性。以 NO?为例，掺杂后体系电荷转移量增加，吸附能绝对值增大，表明分子间相互作用增强。即使在高温条件下，Cu 掺杂 InSe 仍能保持高灵敏度，展现出良好的热稳定性。然而，其较长的恢复时间（吸附分子脱离所需时间）限制了实时传感应用，更适合作为气体清除材料，通过持续吸附降低环境中酸性气体浓度。
Rh 掺杂 InSe 的长效捕获能力
Rh 掺杂表现出与 Cu 截然不同的特性，其对酸雨气体的吸附能显著高于 Cu 掺杂体系，形成更强的化学吸附。但超长时间的恢复时间使得 Rh 掺杂 InSe 难以通过常规条件实现解吸，这种不可逆吸附特性使其成为理想的长效气体捕获材料，可用于工业废气或汽车尾气中酸性气体的深度去除与存储，避免二次污染。
原始 InSe 的局限性
对比研究发现，原始 InSe 单原子层与酸雨气体分子间作用微弱，吸附能低且电荷转移量少，导致其灵敏度低下，无法有效检测或清除酸性气体，进一步凸显了掺杂改性的必要性。
研究结论与意义
本研究通过理论计算揭示了 Cu 和 Rh 掺杂对 InSe 单原子层气敏性能的调控机制：Cu 掺杂通过优化电荷转移提升灵敏度，适用于气体检测；Rh 掺杂凭借强吸附能力实现长效捕获，为酸雨气体的分级治理提供了新思路。研究结果不仅拓展了二维材料在环境监测领域的应用场景，也为设计兼具高灵敏度与强吸附能力的多功能材料提供了理论依据，对推动大气污染控制技术的发展具有重要意义。未来可进一步结合实验验证，探索掺杂 InSe 材料的实际制备工艺与环境适应性，加速其从理论到应用的转化。
