基于五边形石墨烯与penta-B2C单层膜的挥发性胺检测技术及其在鱼类新鲜度评估中的应用：一项密度泛函理论（DFT）研究

本研究通过密度泛函理论（DFT）模拟，系统分析penta-B2C和penta-graphene单层材料对鱼类腐败关键标志物——甲基胺（MA）、二甲胺（DMA）和三甲胺（TMA）的吸附行为与传感性能。结果表明两种材料均具备优异吸附能力，其中penta-B2C吸附强度显著更高，兼具检测与去除应用潜力；penta-graphene则呈现更显著的带隙调控特性。电流-电压（I-V）分析证实二者均属φ型传感器，胺吸附后导电性增强、电阻降低。该研究为海产品新鲜度监测提供了新型纳米结构解决方案。

　　

Highlight

本研究通过密度泛函理论（DFT）模拟揭示了penta-B₂C和penta-graphene单层材料对挥发性胺类分子的强吸附能力与独特传感机制，为开发高效鱼类腐败检测纳米器件提供理论依据。

Computational methods

所有DFT计算均采用Materials Studio软件中的DMol3模块完成。交换关联泛函选择广义梯度近似（GGA）下的Perdew–Burke–Ernzerhof（PBE）形式，并引入双数值极化基组（DNP）以提升计算精度。

Pristine penta-B₂C and penta-graphene monolayers

优化后的penta-B₂C和penta-graphene单层结构显示：penta-B₂C为间接带隙半导体，而penta-graphene具有准直接带隙特性。二者对胺分子的吸附构型分析表明，TMA在penta-B₂C表面形成最稳定吸附体系，吸附能达-1.14 eV。

Conclusions

DFT模拟证实：penta-B₂C对TMA的吸附能力最强（-1.14 eV），而penta-graphene对MA响应最灵敏。两种材料均表现出φ型传感器特性，胺吸附后电导率显著提升。penta-B₂C兼具检测与吸附双功能潜力，而penta-graphene更适用于高灵敏度传感场景。