镓掺杂AlP单层材料的创新设计及其在CO2/SOx气体传感中的突破性应用

【编辑推荐】本研究针对环境有害气体（CO2/SOx等）检测需求，通过密度泛函理论（DFT）系统探究了Ga掺杂AlP单层材料的结构与传感特性。发现SO气体在Ga-AlP表面呈现化学吸附（Ead=-0.990 eV），显著优于其他气体的物理吸附，电子局域函数（ELF）分析揭示了独特的电荷转移机制。该工作为开发高灵敏度二维气体传感器提供了新思路，发表于《Computational and Theoretical Chemistry》。

　　

随着工业排放的CO₂、SO_x等有害气体加剧环境恶化，开发高性能气体传感器成为迫切需求。传统石墨烯因零带隙限制其传感性能，而二维III-V族化合物材料因可调带隙和表面活性位点优势备受关注。伊拉克库法大学Naseer H. Kadhim团队在《Computational and Theoretical Chemistry》发表研究，首次系统揭示了Ga掺杂AlP单层材料对5种典型污染气体的吸附机制与传感特性。

研究采用密度泛函理论（DFT）结合范德华修正，通过Dmol³代码进行结构优化（k点10×10×1），采用GGA-PBE泛函计算电子结构。通过吸附能（E_ad）、电子局域函数（ELF）和光学性质分析，评估材料与气体的相互作用机制。

Pristine Ga-doped AlP monolayer structural properties
优化后的Ga-AlP单层显示2.27 ?的Al-P键长，比体相AlP（2.22 ?）略大。掺杂导致晶格畸变，形成局部活性位点，为气体吸附提供优势位点。

气体吸附特性
SO表现出最强的化学吸附（E_ad=-0.990 eV），远高于CO₂（-0.319 eV）等物理吸附气体。ELF分析显示SO与基底存在电子共享，而其他气体仅表现界面电子离域。光学响应表明吸附过程显著改变材料紫外区吸光特性。

该研究证实Ga-AlP单层对SO具有特异性识别能力，其2.60 eV直接带隙和可调光学特性使其成为多功能传感-光电器件集成平台的理想候选。尽管缺乏实验验证，理论结果为新型二维气体传感器设计提供了重要参考，推动环境监测技术发展。