Los detectores de gas capaces de detectar cantidades mínimas de contaminantes podrían ayudar a controlar mejor la calidad del aire. Los investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah (KAUST) de Arabia Saudita han descubierto un material electrónico bidimensional que exhibe una alta sensibilidad a las moléculas de gas, como el dióxido de carbono (CO2), óxidos de nitrógeno (NOx) y amoniaco (NH3).

Láminas atómicamente delgadas que consisten en metales de transición asociados con átomos de calcógeno, como el azufre, selenio y telurio, son alternativas versátiles a los semiconductores basados ​​en silicio más convencionales. Dependiendo de su componente metálico, estas monocapas de dicalcogenuro de metal de transición tienen espacios de banda (barreras de energía que limitan el flujo de electrones a través de un material) que se pueden ajustar para alterar sus propiedades electrónicas.

Las propiedades electrónicas únicas de estas monocapas tienen el potencial de mejorar una gran cantidad de dispositivos, incluyendo transistores de efecto de campo, fotodetectores y sensores de gas.

Se ha demostrado que las monocapas semiconductoras son candidatos ideales como materiales de detección de gas porque tienen una alta relación superficie / volumen. Por ejemplo, Se ha incorporado MoS2 en transistores de efecto de campo para detectar monóxido de nitrógeno. Sin embargo, su rendimiento está limitado por su movilidad portadora relativamente baja o por la velocidad a la que se mueven sus electrones (o huecos) cuando se someten a un campo eléctrico.

Para superar estas deficiencias, El equipo del profesor Udo Schwingenschlögl de KAUST evaluó el potencial del dicalcogenuro de platino PtSe2 para su uso en detectores de gas mediante sofisticadas técnicas computacionales.

"La monocapa PtSe2 muestra experimentalmente una alta movilidad del portador, que puede ser ventajoso para la detección de gas, "dijo Schwingenschlögl, agregando que este material no había sido considerado previamente para este propósito. Este enfoque muestra la interacción entre las moléculas de gas y monocapa a nivel estructural y electrónico.

Primero, los investigadores construyeron una monocapa modelo compuesta de átomos de selenio que formaban arreglos octaédricos con un átomo de platino en su centro. Próximo, determinaron la geometría óptima adoptada por moléculas de gas individuales, como NOx, NH3, H2O, CO2 y CO, tras la adsorción. Evaluaron la capacidad de estas moléculas adsorbidas para transferir carga a la monocapa examinando los cambios inducidos por la adsorción en las propiedades electrónicas.

Estos cálculos proporcionaron altas energías de adsorción, lo que indica una fuerte afinidad entre la monocapa y las moléculas de gas. Todas las moléculas adsorbidas alteraron la carga de la monocapa (ver imagen), que es clave para la capacidad de detección de gas de la monocapa PtSe2.

Es más, sus interacciones fueron más efectivas con PtSe2 monocapa que su MoS2 o análogos de grafeno basados ​​en carbono. "Fue emocionante explicar esta diferencia a nivel de orbitales moleculares, ", dijo Schwingenschlögl. Los cálculos del transporte de electrones revelaron la alta sensibilidad de la monocapa PtSe2 como sensor de gas.