Doped 2D Transition Metal Dichalcogenides MoSe2 and MoTe2 as gas sensors

Doped 2D Transition Metal Dichalcogenides MoSe2 and MoTe2 as gas sensors. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (MS thesis)
Ghaith-Nadhreen-201142310-MS-Fhesis-Final.pdf
Restricted to Repository staff only until 20 May 2021.

Download (10MB)

Arabic Abstract

يلعب استشعار الغاز دو ًرا مهما في مجالات الزراعة والطب ومراقبة الانبعاثات والمصانع والسلامة. ولا يمكن اكتشاف العديد من الغازات السامة بحواس الإنسان العادية لأنها إما عديمة الرائحة وعديمة اللون، أو أنها تؤثر على الأشخاص بتراكيز صغيرة جدًا. وبالتالي من المهم الكشف عن الغازات بتراكيز جزء من المليون ) .(PPMالجرافين هي مادة ثنائية الأبعاد لديها العديد من الخصائص المبهرة. ومع ذلك، فهي تفتقر إلى فجوة النطاق ) (Bandgapمما يجعلها غير مناسبة لاستشعار الغازات. واحدة من فئات المواد التي تشبه الجرافين ولكنها أشباه موصلات هي الفلوات الإنتقالية ثنائية الأبعاد ( .)TMDsتهدف هذه الرسالة إلى دراسة جدوى MoSe2و MoTe2ال َم ُشوبة بـ Ge و Sbعلى التوالي كمستشعرات كهروكيميائية للغازات NOو NO2و NH3باستخدام .DFTويتحقق ذلك من خلال دراسة تأثير الإدمصاص على الخصائص الإلكترونية وهي طاقات الإدمصاص والشحنة المنقولة وكثافة المدارات (PDOS) والمسافات الذرية بين الغاز والمادة. تشير النتائج إلى إدمصاص فيزيائي ) (physisorptionعلى MoSe2و MoTe2النقي وإدمصاصاً كيميائيا) (chemisorptionعلى المواد ال ُمشابة. الاستثناء هو NH3-MoTe2Sbحيث أظهرت إدمصاصاً فيزيائياً أقوى بقليل من .MoTe2 ولقد جدنا أن المواد النقية مناسبة لاستشعار NO2بسبب مدارات NO2الشائبة والتي أنقصت فجوات النطاق. أما الغازات الأخرى، فعلى الرغم من إدمصاصها الجيد، لم يكن لها تأثير ملحوظ على التوصيل الكهربائي. من ناحية أخرى، أظهرت المواد ال ُمشابة إدمصاصا كيميائيا قويا جدا مما يقترح إستعمالها كمواد جامعة لهذه الغازات من الجو بدلا من مواد مستشعرة لها.

English Abstract

Gas sensing plays a vital role in the fields of agriculture, medicine, emission control, factories and safety. Many toxic gases cannot be detected with normal human senses because either they are odorless and colorless, or they can affect people with very small concentrations. As such, detection in PPM levels is of utmost importance. Graphene is a 2D material with many impressive properties. However, it lacks a bandgap making it unsuitable for gas sensing. One class of materials that is analogous to graphene but is a semiconductor is 2D transition metal dichalcogenides (TMDs). This thesis aims to study the viability of 2D MoSe2 and MoTe2 TMDs doped with Ge and Sb respectively as electrochemical gas sensors of NO, NO2 and NH3 using DFT. This is achieved by studying the adsorption influence on the electronic properties namely adsorption energies, charge transfer, PDOS and molecule-substrate atomic distances. Results indicate physisorption. (chemisorption) on pristine (doped) MoSe2 and MoTe2. An exception is for NH3-MoTe2Sb where it exhibited stronger physisorption than MoTe2. Pristine materials were found to be suitable for sensing NO2 because of the impurity states that reduced the bandgaps. Other gases, despite having good physisorption, did not have a notable influence on the conductivity. On the other hand, doped materials showed strong chemisorption. This presents doped materials as potential gas scavengers instead of gas sensors.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Chemistry
Computer
Engineering
Physics
Divisions: College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Committee Advisor: Alsayoud, Abduljabar
Committee Members: Ben Mansour, Rached and Schwingenschlogl, Udo
Depositing User: GHAITH NADHREEN (g201142310)
Date Deposited: 03 Jun 2020 15:26
Last Modified: 03 Jun 2020 15:26
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141578