金属氧化物(CuO/Cu2O/Ag2O)修饰Janus SnSSe单层材料用于变压器故障气体(C2H2/C2H4/CO)检测的理论研究

本研究针对油浸式变压器故障气体检测灵敏度不足的问题，通过密度泛函理论(DFT)系统探究了金属氧化物(CuO/Cu2O/Ag2O)修饰Janus SnSSe单层材料对C2H2/C2H4/CO的吸附特性，发现Ag2O-SnSSe(S)兼具优异传感响应与理想解吸时间，为开发新型气体传感器提供了理论依据。

　　

油浸式变压器作为电力系统的"心脏"，其运行状态直接关乎电网安全。然而在长期运行中，绝缘材料会因电热作用分解产生C₂H₂、C₂H₄和CO等特征气体，这些气体如同变压器的"健康指标"，其浓度变化能预警潜在故障。传统检测技术如气相色谱存在响应慢、成本高的问题，而二维材料传感器虽具潜力，但对特定气体的选择性吸附仍待突破。

重庆大学的研究团队在《Computational and Theoretical Chemistry》发表研究，创新性地采用金属氧化物(CuO/Cu₂O/Ag₂O)修饰Janus SnSSe单层材料，通过密度泛函理论(DFT)系统研究了其对变压器故障气体的吸附机制。研究采用DMol3模块进行几何优化和能量计算，运用广义梯度近似(GGA)下的PBE泛函处理电子交换关联作用，并引入DNP基组和TS色散校正，通过分析吸附能、电荷转移、态密度(DOS)等参数揭示相互作用机制。

计算结果

1. 结构优化显示原始SnSSe对气体仅为物理吸附(吸附能<0.8 eV)，而CuO/Ag₂O修饰后形成化学吸附(吸附能>1.5 eV)，其中Ag₂O-SnSSe(S)对C₂H₂吸附能达到2.36 eV
2. 电子性质分析表明金属氧化物使SnSSe带隙缩小50%以上，CuO-SnSSe(Se)的电荷转移量达0.38 e，显著提升导电性
3. 功函数分析揭示Ag₂O修饰使表面功函数降低1.2 eV，更利于气体分子电子注入
4. 灵敏度计算显示Cu₂O-SnSSe(S)对CO的响应值达87.5，而Ag₂O-SnSSe(S)在298K温度下对C₂H₂的恢复时间仅18秒

结论与意义
该研究首次系统论证了金属氧化物修饰Janus SnSSe材料在变压器故障气体检测中的应用潜力：

1. 提出Ag₂O-SnSSe(S)作为C₂H₂检测的最佳候选材料，其兼具高灵敏度(响应值246.3)和快速恢复特性
2. 发现Cu₂O修饰对CO具有特异性吸附，为开发选择性气体传感器提供新思路
3. 通过电子结构调控阐明吸附增强机制，为二维材料表面改性研究建立理论模型
   这项研究不仅为电力设备状态监测提供了新型敏感材料设计方案，更推动了不对称二维材料在气体传感领域的应用基础研究。