Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

АДСОРБЦИЯ МОЛЕКУЛ УГАРНОГО ГАЗА НА ПОВЕРХНОСТИ SnO2

https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.13-15.091-099

Полный текст:

Аннотация

Исследован механизм адсорбции угарного газа на полупроводнике – диоксиде олова (SnO2). Для объяснения процесса адсорбции использовалась теория функционала плотности (ТФП). Показано, что адсорбция не подчиняется механизму Марс-ван Кревелена для (101) и (001) ориентаций поверхности, в отличие от (110) и (001) ориентаций, где сначала образуется, а затем десорбируется молекула CO2. После адсорбции на (101) и (001) поверхностях, CO связывалась с поверхностью и передавала этой поверхности электроны. Перенос электронов рассчитывался с помощью анализа зарядов (расчет заряда отдельных атомов в молекулах и кристаллах с использованием метода Бейдера), из которого следует, что количество электронов, переданных (101) и (001) поверхностям, больше количества электронов, переданных (110) и (100) поверхностям. При (001) ориентации рассматривались случаи полного и пятидесятипроцентного покрытия поверхности. Показано, что при полном покрытии, только одна молекула CO может адсорбироваться и передавать 2е заряда. Для того чтобы объяснить увеличение проводимости поверхности, была рассчитана электронная плотность состояний.

Об авторах

В. М. Арутюнян
Ереванский государственный университет
Армения

д-р физ.-мат. наук, академик НАН РА, заместитель кафедры «Физика полупроводников и микроэлектроника»,

д. 1 , ул. Алека Манукяна, Ереван, 0025



А. А. Закарян
Ереванский государственный университет
Армения

аспирант, кафедра «Физика полупроводников и микроэлектроника»,

д. 1 , ул. Алека Манукяна, Ереван, 0025



Список литературы

1. Aroutiounian V. Metal oxide hydrogen, oxygen, and carbon monoxide sensors for hydrogen setups and cells. Int. J. Hydrog. Energy, 2007;32:1145–1158. doi:10.1016/j.ijhydene.2007.01.004.

2. Aroutiounian V.M. Metal oxide gas sensors decorated with carbon nanotubes. Lith. J. Phys., 2015;55:319–329. doi:10.3952/physics.v55i4.3230.

3. Aroutiounian V.M., Arakelyan V.M., Khachaturyan E.A., Shahnazaryan G.E., Aleksanyan M.S., Forro L., Magrez A., Hernadi K., Nemeth Z. Manufacturing and investigations of i-butane sensor made of SnO2/multiwall-carbon-nanotube nanocomposite. Sens. Actuators B Chem., 2012;173:890–896. doi:10.1016/j.snb.2012.04.039.

4. Batzill M., Diebold U. The surface and materials science of tin oxide. Prog. Surf. Sci., 2005;79:47–154. doi:10.1016/j.progsurf.2005.09.002.

5. Gong S., Liu J., Xia J., Quan L., Liu H., Zhou D. Gas sensing characteristics of SnO2 thin films and analyses of sensor response by the gas diffusion theory. Mater. Sci. Eng. B. 2009;164:85–90. doi:10.1016/j.mseb.2009.07.008.

6. Xu C., Jiang Y., Yi D., Sun S., Yu Z. Environment-dependent surface structures and stabilities of SnO2 from the first principles. J. Appl. Phys., 2012;111:063504. doi:10.1063/1.3694033.

7. Adamyan A., Adamyan Z., Aroutiounian V., Arakelyan A., Touryan K., Turner J. Sol–gel derived thin-film semiconductor hydrogen gas sensor. Int. J. Hydrog. Energy, 2007;32:4101–4108. doi:10.1016/j.ijhydene.2007.03.043.

8. Adamyan A.Z., Adamyan Z.N., Aroutiounian V.M. Study of sensitivity and response kinetics changes for SnO2 thin-film hydrogen sensors. Int. J. Hydrog. Energy, 2009;34:8438–8443. doi:10.1016/j.ijhydene.2009.08.001.

9. Nibbelke R.H., Campman M.A.J., Hoebink J.H.B.J., Marin G.B. Kinetic Study of the CO Oxidation over Pt/γ-Al2O3and Pt/Rh/CeO2/γ-Al2O3 in the Presence of H2O and CO2. J. Catal., 1997;171:358–373. doi:10.1006/jcat.1997.1785.

10. Langmuir I. The mechanism of the catalytic action of platinum in the reactions 2Co + O2= 2Co2 and 2H2+ O2= 2H2O. Trans. Faraday Soc., 1922;17:621– 654. doi:10.1039/tf9221700621.

11. Cheng C.C., Lucas S.R., Gutleben H., Choyke W.J., Yates J.T. Atomic hydrogen-driven halogen extraction from silicon(100): Eley-Rideal surface kinetics. J. Am. Chem. Soc., 1992;114:1249–1252. doi:10.1021/ja00030a020.

12. Mars P., van Krevelen D.W. Oxidations carried out by means of vanadium oxide catalysts. Chem. Eng. Sci., 1954;3:41–59. doi:10.1016/S0009-2509(54)80005-4.

13. Sun Y., Lei F., Gao S., Pan B., Zhou J., Xie Y. Atomically Thin Tin Dioxide Sheets for Efficient Catalytic Oxidation of Carbon Monoxide. Angew. Chem. Int. Ed., 2013;52:10569–10572. doi:10.1002/anie.201305530.

14. Yu J., Zhao D., Xu X., Wang X., Zhang N. Study on RuO2/SnO2: Novel and Active Catalysts for CO and CH4 Oxidation. ChemCatChem., 2012;4:1122–1132. doi:10.1002/cctc.201200038.

15. Lu Z., Ma D., Yang L., Wang X., Xu G., Yang Z. Direct CO oxidation by lattice oxygen on the SnO2(110) surface: a DFT study. Phys Chem Chem Phys., 2014;16:12488–12494. doi:10.1039/C4CP00540F.

16. Melle-Franco M., Pacchioni G. CO adsorption on SnO2(110): cluster and periodic ab initio calculations. Surf. Sci., 2000;461:54–66. doi:10.1016/S0039-6028(00)00528-8.

17. Ciriaco F., Cassidei L., Cacciatore M., Petrella G. First principle study of processes modifying the conductivity of substoichiometric SnO2 based materials upon adsorption of CO from atmosphere. Chem. Phys., 2004;30:55–61. doi:10.1016/j.chemphys.2004.05.005.

18. Wang X., Qin H., Chen Y., Hu J. Sensing Mechanism of SnO2(110) Surface to CO: Density Functional Theory Calculations. J. Phys. Chem. C., 2014;118:28548–28561. doi:10.1021/jp501880r.

19. Xue Y.B., Tang Z.A. Density functional study of the interaction of CO with undoped and Pd doped SnO2(110) surface. Sens. Actuators B Chem., 2009;138:108–112. doi:10.1016/j.snb.2009.02.030.

20. Hohenberg P., Kohn W. Inhomogeneous Electron Gas. Phys. Rev., 1964;136:B864–B871. doi:10.1103/PhysRev.136.B864.

21. Kohn W., Sham L.J. Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects. Phys. Rev., 1965;140:A1133–A1138. doi:10.1103/PhysRev.140.A1133.

22. Kresse G., Hafner J. Ab initio molecular dynamics for liquid metals. Phys. Rev. B., 1993;47:558–561. doi:10.1103/PhysRevB.47.558.

23. Kresse G., Hafner J. Ab initio moleculardynamics simulation of the liquid-metal–amorphoussemiconductor transition in germanium. Phys. Rev. B., 1994;49:14251–14269. doi:10.1103/PhysRevB.49.14251.

24. Kresse G., Furthmüller J. Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set. Phys. Rev. B., 1996;54:11169–11186. doi:10.1103/PhysRevB.54.11169.

25. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized Gradient Approximation Made Simple. Phys. Rev. Lett., 1996;77:3865–3868. doi:10.1103/PhysRevLett.77.3865.

26. Monkhorst H.J., Pack J.D. Special points for Brillouin-zone integrations. Phys. Rev. B., 1976;13:5188–5192. doi:10.1103/PhysRevB.13.5188.

27. Henkelman G., Arnaldsson A., Jónsson H. A fast and robust algorithm for Bader decomposition of charge density. Comput. Mater. Sci., 2006;36:354–360. doi:10.1016/j.commatsci.2005.04.010.

28. Sanville E., Kenny S.D., Smith R., Henkelman G. Improved grid-based algorithm for Bader charge allocation. J. Comput. Chem., 2007;28:899–908. doi:10.1002/jcc.20575.

29. Tang W., Sanville E., Henkelman G. A gridbased Bader analysis algorithm without lattice bias. J. Phys. Condens. Matter., 2009;21:084204. doi:10.1088/0953-8984/21/8/084204.

30. Rantala T.T., Rantala T.S., Lantto V. Surface relaxation of the (110) face of rutile SnO2. Surf. Sci., 1999;420:103–109. doi:10.1016/S0039-6028(98)00833-4.

31. Manassidis I., Gillan M.j. First-principles study of SnO2(110). Surf. Rev. Lett., 1994;1:491–494. doi:10.1142/S0218625X94000503.

32. Rantala T.T., Rantala T.S., Lantto V. Electronic structure of SnO2(110) surface. Mater. Sci. Semicond. Process., 2000;3:103–107. doi:10.1016/S1369-8001(00)00021-4.

33. Duan Y. Electronic properties and stabilities of bulk and low-index surfaces of SnO in comparison with SnO2: A first-principles density functional approach with an empirical correction of van der Waals interactions. Phys. Rev. B., 2008;77:045332-1 045332-22. doi:10.1103/PhysRevB.77.045332.

34. Kofstad P.K. Nonstoichiometry. Diffusion and Electrical Conductivity in Binary Metal Oxides, WileyIntersciece, New York, 1972


Для цитирования:


Арутюнян В.М., Закарян А.А. АДСОРБЦИЯ МОЛЕКУЛ УГАРНОГО ГАЗА НА ПОВЕРХНОСТИ SnO2. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2017;(13-15):91-99. https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.13-15.091-099

For citation:


Aroutiounian V.M., Zakaryan H.A. ADSORPTION OF CO GAS MOLECULES ON SnO2 SURFACE. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2017;(13-15):91-99. https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.13-15.091-099

Просмотров: 138


ISSN 1608-8298 (Print)