Адсорбция и электронная модуляция наноструктур пирена, детектирующих токсичные газы: исследование зависимостей этих характеристик от размера кластеров пирена методом функционала плотности
В проведенном теоретическом исследовании использована теория функционала плотности (DFT) на уровне B3LYP/6−31G для изучения взаимодействия наноструктур на основе графена (с базой из пирена) с такими токсичными газами, как газообразный фтор, арсин, фосфин и фтороводород (F2, AsH3, PH3 и HF, соответственно). Нами систематически оптимизированы три ромбовидных кластера пирена с разными значениями их размера n и проанализированы их адсорбционные и электронные свойства: общая энергия, энергия адсорбции, распределение молекулярных орбиталей и энергетические зазоры HOMO — LUMO. Установлено, что в результате адсорбции газа кластеры пирена претерпевают значительные изменения электронной структуры, зависящие как от размера кластера, так и от природы газа. Рассчитанные значения энергии адсорбции зависят от размера n, что указывает на повышение реакционной способности поверхности к анализируемым токсичным газам при увеличении количества зигзагообразных краев в пирене. Полученные результаты подтверждают высокий потенциал графеновых наноструктур на основе пирена в качестве селективных и эффективных чувствительных элементов опасных газов для создания устройств.