传感器的开发对于现代科技和工程领域具有重要的意义。它们可以感知和测量物理量，如温度、湿度、压力、位置、速度等，为各种应用提供实时的数据反馈。传感器的应用广泛，包括医疗设备、汽车工业、环境监测、机器人技术等等。通过密度泛函理论，研究人员可以计算材料的电子结构、能带结构、电子密度等信息。这些信息有助于理解材料中发生的物理和化学过程，从而优化传感器的设计和性能。例如，密度泛函理论可以帮助确定传感器所使用的材料的最佳形态和表面结构，以实现更高的灵敏度和选择性。综上所述，密度泛函理论对于传感器的开发至关重要。它提供了一种理论工具，可以预测材料的电子性质，并为优化传感器的设计和性能提供指导。以下通过三篇文献介绍DFT计算如何助力传感器研究。
1.
Nano Energy:
光驱动、超敏感和多功能氨无线传感系统，通过等离子体功能化的Nb
2
CT
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MXenes实现智能农业
随着物联网（IoT）的快速发展，智能农业在现代社会中发挥了关键作用。为了构建智能农业系统，应用分布式传感器，特别是具有多功能的氨气（NH
3
）传感设备。本文开发了一种基于等离子体功能化金属碳化物/氮化物（MXenes）的光驱动NH
3
传感器，以实现面向智能农业的室温、超灵敏NH
3
传感。
密度泛函理论（DFT）
计算进一步验证了氨（NH
3
）在原位氧化位点上的吸附能显著增加。
DFT
计算
在主要用于对氨气传感器材料的电子结构进行研究和分析，并通过分波态密度（PDOS）和电荷密度差异分析，揭示了材料的导电性和电荷传递过程。此外，
DFT
计算
还用于研究Au/HT-Nb
2
CT
x
的电子流动性，并通过空间限制电流（SCLC）模型计算了电子迁移率。
得出了以下结论：HT-Nb
2
CT
x
具有较好的电导性能，并有利于电子传输和室温感应。在Au/HT-Nb
2
CT
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的异质结构中，Au NRs的局域表面等离子共振效应对灵敏度的提高起到了积极的作用。Au/HT-Nb
2
CT
x
基于该结构的氨气传感器在室温下对100 ppm NH
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具有80%的敏感性，并具有快速的响应/恢复时间。综上，研究人员利用等离子体功能化的Nb
2
CT
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MXenes作为感测层来检测氨气浓度，并利用局部表面等离子共振效应增强了气体传感器的灵敏度。用于家畜房屋和蔬菜温室中的实时NH
3
/温度/湿度监测。该研究结果展示了利用局部表面等离激元共振（LSPR）辅助的MXenes在未来开发高灵敏度NH
3
传感系统的潜力。
参考文献：
Zhou et al., Light-driven, ultra-sensitive and multifunctional ammonia wireless sensing system by plasmonic-functionalized Nb2CTx MXenes towards smart agriculture
DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.108216
2.
Chemical Engineering Journal: 电子结构和氧空位调控的Co和Ni共掺杂W
18
O
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纳米刺球用于高效的TEA气体传感器
通过双重掺杂金属离子诱导金属氧化物中的氧空位是调节其电子结构和设计高灵敏度无贵金属材料以检测有害有毒气体的关键。本研究报道了W
18
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晶格中的镍（Ni）和钴（Co）共掺杂调控电子结构并产生氧空位，激活海胆状W
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传感器对三乙胺（TEA）气体种类的氧化还原能力和催化功效。
采用
密度泛函理论（DFT）
计算了TEA分子与Co&Ni共掺杂的W
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之间的电子结构和吸附相互作用。实验结果和
密度泛函理论计算
证实由于带隙激发和三乙胺与Co和Ni共掺杂的W
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的反应性，产生了更显著的电荷转移，从而验证了它们之间的强大结合相互作用。
电子从晶格氧迁移到表面氧分子，通过共掺杂阳离子诱导的氧空位，提供了活性位点，并形成了嵌入到感应材料表面的过氧化物和超氧化物物种。镍钴的掺杂导致DOS从较低的能级移动到较高的能级，这意味着d带中心（εd）的向上运动。以前的研究表明，材料的εd决定了它们的吸附活性，其中活性的提高总是伴随着更高的能量位置εd。
综上，少量的Co&Ni共掺杂提高了催化活性和导电性，并改善对有害有毒气体的吸附/解吸特性。实验结果和
DFT计算
表明，Co&Ni共掺杂的W
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表现出电子结构调制、形成氧空位和带隙激发，同时具有更大的吸附能和显著的电荷转移，验证了两者的强相互作用。
参考文献：
Zeb et al., Electronic structure and oxygen vacancy tuning of Co & Ni co-doped W18O49 nanourchins for efficient TEA gas sensing
DOI: 10.1016/j.cej.2023.142815
3.
ACS Nano: 二维纳米片状MoS
2
中通过贵金属装饰实现气体检测选择性
贵金属纳米颗粒修饰是一种增强选择性的代表性策略，用于基于二维半导体材料（如二硫化钼）制备化学传感器阵列的方法。贵金属修饰2D材料的选择性机理尚未完全阐明。本研究在不使用还原剂的情况下通过溶液过程在MoS
2
薄片上装饰贵金属纳米颗粒。表面修饰后MoS
2
薄片表现出显著的选择性变化，并清楚地区分了氨、氢和乙醇气体，这是一般三维金属氧化物纳米结构中未观察到的。
作者通过
DFT计算
，探索了裸露的MoS
2
和贵金属修饰的MoS
2
对氢气和氨气的传感性能的差异。结果表明，贵金属修饰影响到了氢气的传感性能，可以通过结合能来解释，而对氨气的传感性能的改变则是由于贵金属修饰导致了MoS
2
边缘活性位点的失活。
这项研究阐明了贵金属催化剂在改进气体传感性能方面的作用，并为开发基于二硫化钼的气体传感器的未来电子鼻（e-nose）应用做出了贡献。所合成的感测材料被集成到了一个低功耗、微型化和室温操作的微电子机械系统（MEMS）平台中，为开发高选择性的气体传感器提供了新的策略。
参考文献：
Kim et al., Drastic Gas Sensing Selectivity in 2
‑
Dimensional MoS
2
Nanoflakes byNoble Metal Decoration
DOI: 10.1021/acsnano.2c09733
*以上内容，如有误读和纰漏，敬请指正。
