单原子镍掺杂石墨烯检测变压器油中溶解气体的第一性原理研究

摘要: 电力变压器中存在的绝缘缺陷与设备故障会导致绝缘油发生分解，部分分解气体溶解于绝缘油中，通过对绝缘油中溶解气体的种类与浓度检测，可评估变压器的运行状态。本文基于第一性原理密度泛函理论，研究了Ni单原子掺杂γ石墨炔对三种典型的油中溶解气体（H2、C2H2与C2H4）的吸附行为与传感特性，计算了吸附能、电荷转移、吸附距离与电子结构。并进一步计算对比了Ni-石墨炔吸附气体前后的功函数变化。结果表明Ni-石墨炔对C2H2与C2H4吸附能较大，但对三种气体分子电荷转移均较小。原子轨道计算结果显示吸附后气体分子会产生新的能态峰，表明分子轨道吸附后会发生一定程度的变化。Ni-石墨炔的功函数在吸附H2后增大，而对C2H2与C2H4吸附呈现减小，显示了Ni-石墨炔可对H2实现选择性。本研究能为新型气敏材料用于变压器油中溶解气体的检测提供理论见解。