本书主要采用基于密度泛函理论（DFT）和非平衡格林函数（NEGF）的第一性原理计算方法，围绕几种新型高机械强度、高导电性和良好的电子可调性的二维类石墨烯纳米材料展开一系列的研究，研究了常见有毒小分子气体在二维材料表面上的吸附构型、吸附强度、电子结构和电流-电压输运等性质。一方面分析了二维材料对某种气体吸附的选择性、敏感性和结构稳定性，并从微观电子结构方面阐述了气体与二维材料之间的相互作用；另一方面还探究了外加应变、电场、缺陷、温度等对上述气敏特性的调控及其影响，揭示气体捕集与释放的有效措施，为基于二维纳米材料的气敏传感器件的研发提供理论上的参考依据。 本书从理论计算的角度出发，设计了基于低维类石墨烯材料的多功能气体传感器件并评估了其对特定气体分子的传感特性，为二维材料气体传感器的应用和性能优化研究提供了重要的支持和指导。本书面向的读者主要是物理、化学、计算机、材料科学领域从事研究工作的研究生，对物理、化学、计算机、材料科学专业的高年级本科生和其他科研工作者了解低维纳米材料性质，模拟计算领域解决问题的方法和思路同样有参考价值。

第1章 绪论
1.1 气体传感器的兴起和发展
1.2 二维碳基材料
1.3 气体传感器性能优化和升级
1.4 自旋气体传感器
1.5 气体传感器性能参数
1.6 本书内容简介
参考文献
第2章 理论基础及计算方法
2.1 第一性原理计算方法
2.2 Born-Oppenheimer近似
2.3 密度泛函理论
2.3.1 Hohenberg-Kohn定理
2.3.2 Kohn-Sham方程
2.3.3 交换关联泛函
2.4 非平衡格林函数
2.5 第一性原理计算软件包
参考文献
第3章 二维g-C3N4/MoS2功能性器件自旋输运和气敏性计算
3.1 引言
3.2 理论模型与计算方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 二维g-C3N4/MoS2电子结构性质
3.3.2 二维g-C3N4/MoS2的自旋输运特性
3.3.3 基于g-C3N4/MoS2的二维气敏性器件
3.4 本章小结
参考文献
第4章 五边形Pd2P2SeX(X = O, S, Te)单层PIN器件的输运研究
4.1 引言
4.2 理论模型与计算方法
4.3 结果与讨论
4.3.1 二维Pd2P2SeX(X = O, S, Te)的电子结构性质
4.3.2 基于PIN结的隧穿场效应晶体管
4.3.3 高开关比的应力感应传感器
4.3.4 基于强化学吸附的气敏性器件
4.4 本章小结
参考文献
第5章 BC3N2基气体传感器对无机和有机分子的高气敏性能研究
5.1 引言
5.2 计算方法
5.3 结果与讨论
5.3.1 BC3N2单层的几何结构和电子性质
5.3.2 无机气体分子在BC3N2单层上的吸附行为
5.3.3 有机气体分子在BC3N2单层上的吸附行为
5.3.4 BC3N2基气体传感器的气敏性能
5.4 本章小结
参考文献
第6章 基于C3N的二维器件的电子输运和无机气敏性能研究
6.1 引言
6.2 结构和理论模型
6.3 结果和分析
6.3.1 C3N单层的几何结构与电子特性
6.3.2 二维C3N纳米器件的输运特性
6.3.3 基于C3N的气体传感器的气敏性能
6.3.4 应变工程对气体传感器的良好响应
6.4 本章小结
参考文献
第7章 基于C3B/石墨烯和C3N/石墨烯异质结气体传感器的有机分子敏感检测
7.1 引言
7.2 计算方法
7.3 结果与讨论
7.3.1 原始Gra、C3B、C3N单层和C3B(C3N)/Gra的电子结构性质
7.3.2 C3B/Gra和C3N/Gra吸附气体分子的电子结构性质
7.3.3 二维vdW纳米器件电子输运特性
7.4 本章小结
参考文献
第8章 BeN4基纳米器件的高开关比和无机气体敏感机理
8.1 引言
8.2 计算模型与方法
8.3 结果与讨论
8.3.1 BeN4的电子结构性质
8.3.2 BeN4纳米器件的传输特性
8.3.3 选择性吸附
8.3.4 BeN4纳米器件的传感性能
8.4 二维MN4(M = Be、Mg、Ga)基纳米器件开关特性及传感性能
8.4.1 MN4的结构参数和输运特性对比研究
8.4.2 MN4的气体传感特性研究
8.5 本章小结
参考文献
第9章 浓度、湿度和金属改性对二维BeN4单层储氢及气敏性能的影响
9.1 引言
9.2 模型构建与参数设置
9.3 结果与讨论
9.3.1 H2浓度与湿度对储氢性能的影响
9.3.2 金属修饰优化储氢性能
9.3.3 H2传感特性
9.4 本章小结
参考文献
第10章 四种新型碳基材料纳米器件的电子输运与气敏性能研究
10.1 引言
10.2 计算参数设置
10.3 结果与讨论
10.3.1 四种二维碳异构体的电子结构性质
10.3.2 二维纳米器件的输运特性
10.3.3 基于新型碳基材料的二维气敏器件
10.4 本章小结
参考文献
第11章 BC4基气体传感器高性能吸附研究
11.1 引言
11.2 计算方法
11.3 结果与讨论
11.3.1 BC4单层的几何结构和电子性质
11.3.2 气体分子吸附在BC4单层上的结构和电子性质
11.3.3 BC4基气体传感器的气敏性能
11.4 本章小结
参考文献
第12章 气体分子对P-BN2基气体传感器输运性能的调控研究
12.1 引言
12.2 计算方法
12.3 结果与讨论
12.3.1 P-BN2单层的几何结构和电子性质
12.3.2 气体分子吸附在P-BN2单层上的结构和电子性质
12.3.3 P-BN2基气体传感器的电子输运特性
12.3.4 缺陷对P-BN2基气体传感器的调控
12.4 本章小结
参考文献
第13章 总结与展望
13.1 总结
13.2 展望
附录A 中英文缩略词对照表