单层氢化硼纳米片（HBNS）作为高效NH3气体传感器的计算模拟研究

本研究针对室内环境中NH3污染监测需求，通过密度泛函理论（DFT）模拟揭示了氢化硼纳米片（HBNS）对NH3的化学吸附机制。研究发现HBNS与NH3具有-1.82 eV的高吸附能，且吸附后带隙变化显著，可作为电信号响应标志。该工作为设计高灵敏度二维材料气体传感器提供了理论依据。

　　

随着空气污染引发的呼吸系统疾病和癌症风险加剧，氨气（NH₃）作为典型有害气体亟需高效监测手段。传统传感器存在灵敏度低、稳定性差等缺陷，而二维材料因其大比表面积和独特电学特性成为研究热点。氢化硼纳米片（HBNS）作为新型硼基材料，在氢存储、催化等领域已展现潜力，但其气体传感机制尚不明确。

为探究HBNS对NH₃的响应特性，King Khalid University的研究团队采用密度泛函理论（DFT）进行系统计算。通过GAMESS软件结合DFT-D3方法优化结构，分析吸附能、电子转移和带隙变化，并利用电子局域函数（ELF）阐明稳定化机制。

几何结构验证
优化后的HBNS中B-H键长1.34 ?、B^HB键长1.82 ?，与文献数据一致，证实计算方法的可靠性。

吸附特性
NH₃在HBNS表面呈现化学吸附特征，吸附能达-1.82 eV。电荷密度差（CDD）显示显著电荷重分布，Bader电荷分析表明0.07 e^-从NH₃转移至HBNS。

电子性质调控
吸附后HBNS带隙变化达0.48 eV，该电学信号变化可用于检测NH₃。态密度（DOS）分析揭示NH₃的3a₁轨道与HBNS的p轨道发生杂化，ELF证实此相互作用提升体系稳定性。

实际应用评估
650 K条件下NH₃解吸时间（DT）为96秒，显示材料在高温环境下的可重复使用潜力，但室温脱附困难仍需优化。

该研究首次从原子尺度阐明HBNS对NH₃的传感机制，为开发新型二维材料气体传感器奠定理论基础。通过带隙调控策略实现电信号输出，突破传统金属氧化物传感器的灵敏度限制。未来可进一步探索HBNS表面修饰以改善室温脱附性能，推动其在环境监测和工业安全领域的应用。