传统气体传感器存在成本高、寿命短、稳定性差、灵敏度低、对环境要求高等缺点。然而随着人们对环保问题的日益重视,对气体传感器的性能提出了更高的要求,因此,迫切地需要研制出性能更为优异的气体传感器。碳纳米材料包括碳纳米管和石墨烯具有尺寸小、比表面积大、载流子迁移率高、导电性好、吸附脱附能力强等诸多优点,在环境污染物检测方面具有独特优势。然而本征碳纳米管和石墨烯具有较强的化学惰性,对大多数气体分子的吸附作用较弱,所以要想使碳纳米管和石墨烯的优异特性在气体传感器中得到有效应用,必须对其进行改造。利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了掺杂对碳纳米材料与PM2.5中各气体分子间吸附作用的影响,结果表明:与本征碳纳米管相比,掺杂Fe原子后的碳纳米管与SO2分子间的吸附距离显著减小,吸附能、电荷转移量和电荷密度大幅增加,二者间形成了稳定的化学吸附;掺杂Al原子能够增强碳纳米管与NO/NO2分子间的相互作用,且在一定程度上,掺杂Al原子数越多,碳纳米管对NO/NO2分子的吸附效果越好;掺杂Ag/Pt/Au原子后石墨烯与NO/NO2分子的吸附距离显著减小,吸附能和电荷转移量明显增加,且二者间的电荷密度重叠由0 e/?3变为5.000×10-1e/?3,二者间已形成强有力的化学吸附;在Mn掺杂石墨烯与H2S分子的吸附体系中,Mn原子与S原子间形成的化学键说明,掺杂Mn原子能够增强石墨烯对H2S分子的吸附作用,提高石墨烯对H2S分子的敏感度。以上研究表明,掺杂碳纳米管和石墨烯有望成为制作高性能气体传感器的优良材料,为制作新型气体传感器提供了坚实的理论依据。图18幅;表13个;参145篇。