锐钛矿相TiO2(101)表面对有机分子不同官能团微观吸附的机制

挥发性有机化合物(VOCs)严重危害了生态环境和人体健康,因此对具有典型官能团的VOCs气体进行灵敏检测具有重要意义.文章研究了具有典型官能团的VOCs气体C2 H2、C2 H4、HCOOH、CH3 OH、HCHO和CH3 COCH3分子在锐钛矿相TiO2(101)表面吸附的传感特性.结果表明:具有氧空位缺陷的表面对极性分子吸附时,偶极矩越大,吸附体系越稳定;对非极性分子吸附时,C原子成键饱和程度越低,吸附体系越稳定.分析发现,差分电荷密度和电荷布局体现出偶极矩大小和C原子成键饱和程度对气体分子得失电子能力的影响.对于极性分子,气体分子官能团中O原子得到电子的能力为OCH3 COCH3>OHCHO>OCH3 OH>OHCOOH;对于非极性分子,官能团中C原子得到电子的能力为CC2 H2>CC2 H4.态密度图分析发现吸附体系在费米能级处的峰值位置和大小也受到偶极矩与C原子饱和度的影响,其本质原因是不同官能团与材料表面的氧化还原能力不同.因此,材料表面的吸附稳定程度与极性分子的偶极矩或非极性分子的C原子成键饱和程度密切相关.通过研究气体的偶极矩和C成键饱和程度对探索材料对有机气体的吸附性气敏传感有重要的意义.