氧化石墨烯量子点作为有害气体传感器的潜力：基于DFT的理论研究

本研究通过密度泛函理论(DFT)计算，系统探究了纯氧化石墨烯量子点(GOQDs)及B/N/P掺杂GOQDs对H2S、SO2等有害气体的传感机制。研究发现BN-GOQD和BP-GOQD对SO2具有最优导电性和恢复时间，为环境监测提供了新型纳米传感器设计策略。

　　

随着工业化进程加速，有害气体如SO₂、HCN等对环境和健康的威胁日益严峻。传统气体传感器存在灵敏度低、选择性差等问题，而石墨烯衍生物因其独特的电子特性被视为理想传感材料。然而，原始石墨烯的零带隙特性限制了其应用，如何通过结构改性提升性能成为研究热点。巴西利亚大学的研究团队通过密度泛函理论(DFT)系统研究了氧化石墨烯量子点(GOQDs)及其掺杂变体的传感潜力，相关成果发表于《Materials Today Communications》。

研究采用B3LYP-D3/6-311G(d,p)方法，对C₂₄H₁₂骨架的GOQD进行B/N/P单掺杂(B₂-GOQD等)和共掺杂(BN-GOQD等)设计，通过分析几何结构、态密度(TDOS/PDOS)和反应描述符参数，结合气体吸附能和恢复时间计算，评估其对H₂S、SO₂等五种气体的检测效能。

Doping Effect of Graphene Oxide Quantum Dots
研究发现P掺杂导致苯环六边形结构显著畸变，C-P键长增至1.85 ?。电子结构分析显示，B/N/P原子轨道贡献增加使HOMO-LUMO能隙缩小，其中PN-GOQD稳定性最佳，能隙降至2.15 eV。

Sensing Performance
BN-GOQD和BP-GOQD对SO₂的吸附能分别达-0.98 eV和-1.05 eV，导电性变化率超过200%，室温下恢复时间短于10秒，显著优于其他体系。TDOS分析表明SO₂吸附后费米能级附近出现新峰，证实电荷转移机制。

该研究首次阐明B/N/P共掺杂协同提升GOQDs传感性能的机制，为环境监测设备开发提供了理论指导。特别是BN/BP-GOQD对SO₂的高效检测特性，解决了现有传感器在复杂环境中选择性差的难题。研究提出的掺杂策略可拓展至其他二维材料改性领域，具有重要的科学价值和应用前景。