支化[4]苯烯分子单元对有毒挥发性气体的吸附去除与选择性传感：DFT与TD-DFT的深入解析

《Materials Letters》：Branched [4]Phenylene Molecular Unit for Adsorption, Removal, and Selective Sensing of Toxic and Volatile Gases: Insights from DFT and TD-DFT Analyses

本文通过密度泛函理论（DFT）系统研究了支化[4]苯烯（B4PH）对SH2、CS2、O3等七种环境气体的吸附与传感机制。研究揭示B4PH对CS2和O3具有高灵敏度（σ达1.17×102 S·m-1）和快速脱附特性（τ低至10-13 s级），凸显其作为可重复使用气体传感器的潜力。

　　

Highlight

支化[4]苯烯（B4PH）在吸附臭氧（O₃）时表现出惊人的光学响应：吸收光谱发生显著红移（λ_max = 812.4 nm），能带间隙大幅缩小（ΔE_g = -2.29 eV）。导电性计算更是亮眼——对CS₂和O₃的灵敏度分别飙升至1.13×10^-27 S·m^-1和1.17×10² S·m^-1，仿佛给分子传感器装上了“电子放大镜”！

Results and Discussion

每种吸附相互作用的键临界点值

通过分析键临界点（BCP）参数发现，B4PH与CO₂/CS₂的相互作用如同“分子轻握手”——电子密度ρ(r)仅0.002-0.003 a.u.，拉普拉斯值Δ²ρ(r)为正（0.008-0.011），说明这是典型的非共价弱相互作用。而O₃的吸附则像“电子狂欢派对”：ρ(r)跃升至0.021 a.u.，负的Δ²ρ(r)（-0.051）揭示其共价键特性，ELF和LOL图谱更直观展现出电荷的局部化与离域“舞蹈”。

整合讨论

当自然键轨道（NBO）、全局电子密度转移（GEDT）等分析工具联手“破案”，所有证据都指向同一结论：B4PH与气体分子的电子转移方向与前线分子轨道（FMO）能隙变化高度吻合。特别是O₃和CS₂，它们像“分子特工”一样精准调控B4PH的导电性，使其在传感器应用中脱颖而出。

Conclusions

这场分子水平的“侦探行动”证实：B4PH不仅是高效吸附剂，更是CS₂和O₃的“专属哨兵”。其可逆吸附特性（CS₂脱附仅需1.38×10^-13秒）与选择性响应，为下一代智能气体传感器设计提供了迷人的分子蓝图。