研究目的
通过实验合成与第一性原理计算研究海胆状六方相WO3纳米结构的NO2和H2传感性能，以原子尺度理解其传感机制。
研究成果
海胆状六方相三氧化钨纳米结构对二氧化氮（NO?）表现出远高于氢气（H?）的高响应性与选择性，这归因于硫酸钾（K?SO?）促进的各向异性生长。第一性原理计算表明：NO?吸附引发显著电荷转移与电子结构改变，导致电阻升高；而H?吸附影响微弱。这种实验与理论相结合的方法为开发高性能三氧化钨基气体传感器提供了理论依据。
研究不足
该研究仅限于H2和NO2气体，未对其他气体进行研究。DFT计算采用GGA-PBE泛函，该方法会低估带隙。模拟在0K条件下进行，未考虑传感过程中的温度效应。传感器性能在实际应用中可能还有进一步优化的空间。
1：实验设计与方法选择：
采用简便的水热法合成了海胆状六方相三氧化钨（h-WO3）纳米结构。运用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算模拟气体在h-WO3(001)表面的吸附行为。
2：样品选择与数据来源：
样品以Na2WO4·2H2O和K2SO4为原料溶于去离子水，用盐酸调节pH值。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）及气敏测试获取表征数据。
3：实验设备与材料清单：
设备包括聚四氟乙烯内衬不锈钢高压反应釜、XRD（理学D/Max-1200X）、场发射扫描电镜（Nova-400）、高分辨透射电镜（Libra-200）及气敏测试系统（CGS-8，精科有限公司）。材料包含Na2WO4·2H2O、K2SO4、盐酸、去离子水、乙醇、氧化铝管、镍铬合金丝、铂丝及金电极。
4：0）、高分辨透射电镜（Libra-200）及气敏测试系统（CGS-8，精科有限公司）。材料包含Na2WO4·2H2O、K2SO盐酸、去离子水、乙醇、氧化铝管、镍铬合金丝、铂丝及金电极。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：180°C水热反应24小时，经离心、洗涤、干燥后，通过浆料涂覆与烧结制备传感器，并在不同温度与浓度下进行气敏测试。计算过程采用VASP软件完成几何弛豫与电子结构计算。
5：数据分析方法：
数据分析包括XRD衍射峰标定、SEM/TEM图像分析、响应值计算（氢气S=Ra/Rg，二氧化氮S=Rg/Ra），以及基于DFT的吸附能、电荷转移、态密度和能带结构分析。
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X-ray diffractometer
D/Max-1200X
Rigaku
Determining the crystallographic structure and phase composition of the WO3 sample.
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Field emission scanning electron microscope
Nova-400
Characterizing the microstructures of the WO3 sample.
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High-resolution transmission electron microscope
Libra-200
Characterizing the microstructures and obtaining high-resolution images of the WO3 sample.
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Gas sensing test system
CGS-8
Elite Tech Co. Ltd.
Performing gas sensing properties tests in a static system, including gas supply, parameter control, and data acquisition.
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Teflon-lined stainless steel autoclave
Used for hydrothermal synthesis of the WO3 nanostructures.
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Vienna Ab-initio Simulation Package
VASP
Performing ab initio calculations for first-principle investigations of gas adsorption on WO3 surfaces.
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