金属修饰调控MoSe2传感器对NO2的选择性：基于费米能级电子态控制的理论研究

本研究针对工业废气中NO2检测的交叉干扰难题，通过密度泛函理论(DFT)系统探究Ag/Pd修饰MoSe2单层材料的吸附特性。发现金属掺杂/负载结构(Eads达-4.09 eV)可显著提升NO2选择性，DOS分析证实其能有效区分H2O等干扰气体，扩散能垒(2.4 kJ mol-1)和热稳定性(<900 K)显示其实际应用潜力，为二维材料气体传感器设计提供新思路。

　　

随着工业化和机动车普及，NO₂等有毒气体引发的环境健康问题日益严峻。传统气体传感器面临选择性差、交叉干扰等瓶颈，而二维材料因其独特的表面电子特性成为研究热点。MoSe₂单层虽具有大比表面积优势，但其本征气敏性能仍需提升。金属修饰可调控材料费米能级位置，但不同修饰方式（掺杂vs负载）对气体选择性的影响机制尚不明确。

辽宁科技大学等机构的研究人员采用密度泛函理论(DFT)结合TS色散校正方法，系统研究了Ag/Pd修饰MoSe₂对NO₂/H₂S/H₂O的吸附差异。通过计算结合能(4.35-4.38 eV)证实材料稳定性，发现金属修饰使NO₂吸附能(E_ads)降至-4.09 eV，d带中心理论揭示其电子转移机制。关键创新在于通过态密度(DOS)分析首次阐明多气体共存时材料仅对NO₂产生显著电响应，爱因斯坦扩散方程计算显示其具备低温快速响应特性(能垒2.4 kJ mol^-1)。该成果发表于《Computational and Theoretical Chemistry》，为开发高选择性气体传感器提供了理论范式。

研究采用DFT/TS方法进行结构优化，使用DNP基组计算电子性能，通过COHP分析化学键相互作用，结合Gibbs自由能和扩散方程评估实际应用参数。

【结构稳定性】优化几何模型显示Ag/Pd原子可稳定锚定在MoSe₂表面，结合能计算证实掺杂/负载结构均保持结构完整性。

【吸附性能】金属修饰使NO₂吸附能显著降低，其中Pd负载体系达-4.09 eV，H₂S吸附呈现弱化学吸附特征，而H₂O仅为物理吸附。

【电子机制】DOS分析表明NO₂吸附诱导费米能级附近新峰形成，而其他气体无此特征，这是实现选择性的关键。d带中心偏移0.8 eV证实金属-气体轨道杂化。

【实际应用】计算显示材料在900 K内稳定，NO₂脱附能垒适中(0.26 eV)，满足可逆检测需求，扩散系数表明室温下可实现毫秒级响应。

该研究首次从电子态层面阐明金属修饰MoSe₂对NO₂的选择性机制，突破传统传感器多气体干扰瓶颈。特别值得注意的是，掺杂结构比负载结构响应性能提升17%，这为精准调控二维材料表面电子结构提供了新思路。理论预测的材料热稳定性和快速扩散特性，使其在工业废气实时监测领域展现出重要应用前景，对发展智能环境监测技术具有指导意义。