钯簇修饰Janus WSSe对电力变压器特征气体(CO/CO2/CH4/C2H4)的吸附传感机制：基于DFT的理论突破

本研究通过密度泛函理论（DFT）揭示了钯簇（Pdn, n=1-4）修饰Janus WSSe单层对变压器故障特征气体（CO/CO2/C2H4/CH4）的吸附增强效应，证实Pd3-WSSe体系具有最优导电性（吸附能达-1.52 eV）和快速恢复特性（τCO=82 s@298 K），为二维材料在电力设备智能监测中的精准传感提供理论范式。

　　

Highlight

基于密度泛函理论（DFT），本研究系统解析了钯簇（Pd_n, n=1-4）修饰Janus WSSe单层对电力变压器特征气体（CO/CO₂/CH₄/C₂H₄）的"吸附-传感"协同机制。

计算细节

采用Materials Studio 2023软件完成结构优化，广义梯度近似（GGA）下的PBE泛函处理电子交换关联，双数值基组（DNP）结合轨道极化函数实现高精度计算，k点网格设为5×5×1，能量收敛阈值10^-5 Ha/atom。

优化结构

如图1所示，CO/CO₂呈线性构型（C-O键长1.141/1.175 ?），C₂H₄平面构型中H-C-C键角121.471°，而CH₄呈现正四面体结构。Pd_n团簇在WSSe的硫侧优先稳定吸附，形成强d-p轨道杂化。

结论

1. 1.

   Pd₃-WSSe对CO/CO₂/C₂H₄的吸附能达化学吸附水平（-1.21~-1.52 eV），而CH₄仅物理吸附（-0.38 eV）；

2. 2.

   态密度（DOS）分析显示Pd₃修饰后费米能级附近出现新峰，载流子迁移率提升3个数量级；

3. 3.

   298K下CO/C₂H₄的恢复时间（τ=82/107 s）满足可逆传感需求，CH₄因弱吸附仅需23秒。