摘要: 随着当代工业和科技的快速发展，如何对有毒有害气体、易燃易爆气体进行有效的监测成为人们日益关心的领域。以气敏材料为核心，并在此基础上发展出的气敏传感器在日常生活中使用范围越来越大。因此，开发性能优异的气敏传感器就有很强的实际意义。 ... 展开 随着当代工业和科技的快速发展，如何对有毒有害气体、易燃易爆气体进行有效的监测成为人们日益关心的领域。以气敏材料为核心，并在此基础上发展出的气敏传感器在日常生活中使用范围越来越大。因此，开发性能优异的气敏传感器就有很强的实际意义。 本论文以ZnO气敏材料作为研究对象，运用第一性原理方法，对整个实验中的优化参数ZnO晶体特性以及Pd掺杂ZnO材料进行了模拟计算；对ZnO材料吸附NO、CO气体的气敏性进行了模拟计算；对掺杂Pd的ZnO材料吸附NO、CO气体的气敏性进行了模拟计算；并研究了负载Pt对ZnO材料吸附NO、CO气体气敏性的影响。 通过对截断能和 K点进行测试，确定了符合精度和计算量要求的截断能为420eV，K点为4×4×4，该参数设置下的计算值与公认实验值误差小于2%。利用第一性原理模拟Pd掺杂ZnO，结果表面Pd掺杂ZnO绝大部分都是以替代Zn位来实现的，同时掺杂导致ZnO表面电子结构发生了改变。通过建立ZnO晶体四个指数面的吸附模型（ZnO（110）、ZnO（100）、ZnO（101）、ZnO（001）），结构优化后分析表面能发现，ZnO（001）是最稳定的指数面，说明在实际ZnO材料中ZnO（001）面裸露在表面的可能性最大，故选取ZnO（001）面为研究ZnO吸附性能的模型。 通过模拟ZnO（001）模型对NO、CO气体的吸附发现，吸附NO、CO均是自发的无需外界帮助，但是吸附能的值不高，说明需要对吸附材料进行加热，才能使材料对NO、CO的吸附效果增加，这也与实际情况下ZnO基气敏传感器的工作温度高于室温一致。通过对比ZnO（001）面吸附CO和NO气体的吸附性能发现，NO更容易吸附在ZnO（001）面上，吸附NO需要的工作温度也低于CO。 通过模拟Pd-ZnO（001）模型对NO、CO气体的吸附发现，吸附NO、CO均是自发的无需外界帮助，在ZnO中掺杂Pd能有效提高ZnO气敏材料对NO的选择性与吸附性，同时降低ZnO基气敏传感器的工作温度。通过对比Pd-ZnO（001）面吸附CO和NO气体的吸附性能发现，所以NO更容易吸附在Pd-ZnO（001）面上，吸附NO需要的工作温度也低于CO。对于ZnO来说，掺杂Pd会显著提升ZnO材料对CO和NO气体的吸附性能，显著的增强ZnO对CO和NO气体的吸附性与选择性，同时降低ZnO基气敏传感器的工作温度。 通过对负载Pt后的Pt-Pd-ZnO（001）模型对NO、CO气体的吸附模拟发现，吸附NO、CO均是自发的无需外界帮助。在Pd-ZnO中负载Pt会降低Pd-ZnO对NO的选择性与吸附性，同时提升ZnO基气敏传感器的工作温度。通过对比Pt-Pd-ZnO（001）面吸附CO和NO气体的吸附性能可知， NO更容易吸附在Pt-Pd-ZnO（001）面上。 收起