بررسي اصول اوليه تاثير آرايش‌دهي نانولوله‌كربني با اتم‌ نيكل در خواص حسگري آن در معرض گاز متان

A first-principles study on the role of Ni-decoration in methane sensing properties of carbon nanotubes

در مقاله حاضر، با استفاده از نظريه تابعي چگالي به بررسي اصول اوليه تاثير آرايش‌دهي نانولوله‌كربني (0و8) توسط اتم نيكل بر خواص حسگري آن در معرض مولكول متان پرداخته شده است. ابتدا تاثير جذب متان بر نانولوله‌هاي خالص بررسي شده و نشان داده شده است كه در غياب نيكل، اين نانولوله‌ها حسگر ضعيفي با انرژي جذب بسيار كم براي گاز متان هستند. سپس به بررسي جذب مولكول متان بر نانولوله‌كربني (0و8) آرايش يافته با اتم‌هاي نيكل پرداخته شده و نشان داده شده است كه آرايش‌دهي نانولوله‌كربني (0و8) توسط اتم نيكل موجب افزايش انرژي جذب مولكول متان بر روي آن مي‌شود. همچنين ساختار الكتروني نانولوله‌كربني (0و8) آراسته با اتم نيكل بر خلاف نانولوله‌كربني خالص در اثر جذب مولكول متان دستخوش تغييرات زيادي مي‌شود. اين تغييرات شامل افزايش گاف انرژي و چگالي حالات الكتروني در لبه نوار ظرفيت است كه نشان دهنده امكان استفاده از اين ساختار به‌عنوان حسگر گاز متان است.

The present article is devoted to first-principles investigation of methane-sensing properties of (8, 0) carbon nanotube decorated with nickel atom using density functional theory. As we shall show, the pure (8, 0) carbon nanotube is a weak methane sensor with very low adsorption energy whereas nickel decoration increases methane adsorption energy in this system and significantly affects its electronic structure. Our results also show that nickel decoration of (8, 0) carbon nanotube enhances the band gap energy as well as the density of states near the valence band, indicating the feasibility of nickel-decorated (8, 0) carbon nanotube as a methane gas sensor.