Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2024, 15 (3), 418–428
Investigation of sensing performance of silicene nanoribbon towards methanol and ethanol molecules: A computational study
Shazia Showket – Department of Physics, University of Kashmir, Srinagar, J&K–190006, India
Khurshed A. Shah – Postgraduate Department of Physics, Sri Pratap College, Cluster University Srinagar, J&K–190001, India
Ghulam N. Dar – Department of Physics, University of Kashmir, Srinagar, J&K–190006, India
Muzaffar Ali Andrabi – Department of Applied Sciences, Institute of Technology, University of Kashmir, Srinagar, J&K–190006, India
Corresponding author: Dr. Khurshed A. Shah, drkhursheda@gmail.com
DOI 10.17586/2220-8054-2024-15-3-418-428
ABSTRACT In this work, we perform an intricate computational analysis to investigate the adsorption mechanism of human breath exhaled VOCs, namely, methanol and ethanol, along with interfering water vapour on the surface of armchair silicene nanoribbon (ASiNR) by employing density functional theory to analyse the structural, electronic, and transport properties. The findings indicate that the most favorable adsorption configuration for methanol and ethanol involves the hydroxyl group (-OH) oriented towards the silicene surface, after optimisation. Moreover, we have calculated the adsorption energies which shows that ethanol is strongly physisorbed than methanol and water molecules on the ASiNR surface. Apart from that, the results of IV characteristics, transmission spectra and density of states corroborate these observations. In addition, we have computed the sensitivity (%), the results of which revealed that methanol demonstrates a high sensitivity of 42 % compared to other molecules towards the surface of ASiNR. Furthermore, the recovery time of the sensor was found to be extremely long, which indicates that ASiNR based device has great potential for use as disposable sensors and scavengers for toxic gas molecules.
KEYWORDS armchair silicene nanoribbon, DFT, volatile organic compounds, sensitivity
ACKNOWLEDGEMENTS This work has been supported by JKST&IC funded project (Grant No. JKST&IC/SRE/1172-74) and SERB (Grant No. CRG2022/006428-G).
FOR CITATION Showket S., Shah K.A., Dar G.N., Ali Andrabi M. Investigation of sensing performance of silicene nanoribbon towards methanol and ethanol molecules: A computational study. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2024, 15 (3), 418–428.
[In Russian] Шазия Шоукет, Хуршед А. Шах, Г. Н. Дар, С. М. Али Андраби
Исследование сенсорных характеристик силиценовой наноленты по отношению к молекулам метанола и этанола: расчетное исследование
АННОТАЦИЯ В работе мы проведён компьютерный анализ для исследования механизма адсорбции летучих органических соединений, выдыхаемых человеком, а именно метанола и этанола, а также мешающих водяных паров на поверхности силиценовой наноленты «кресла» (ASiNR), используя теорию функционала плотности для анализа структурных, электронных и транспортных свойств. Результаты показывают, что после оптимизации наиболее благоприятная конфигурация адсорбции метанола и этанола включает гидроксильную группу (-OH), ориентированную к поверхности силицена. Рассчитана энергия адсорбции, значения которой показывают, что на поверхности ASiNR молекулы этанола сильнее физически адсорбируется, чем молекулы метанола и воды. Результаты ВАХ, спектров пропускания и плотности состояний подтверждают эти наблюдения. Кроме того, рассчитана чувствительность (%). Результаты расчета показывают, что к поверхности ASiNR метанол демонстрирует более высокую чувствительность – 42% по сравнению с другими молекулами. Время восстановления датчика оказалось чрезвычайно долгим, что указывает на то, что устройство на основе ASiNR имеет большой потенциал для использования в качестве одноразовых датчиков и поглотителей молекул токсичных газов.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА силиценовая нанолента «кресло», теория функционала плотности, летучие органические соединения, чувствительность.
