中文摘要：

本项目采用气相法和溶液法研制一维高表面与体积比、具有一定形貌和尺寸的纳晶ZnO和SnO2，用低温一步电沉积法制备新型多孔ZnO和SnO2纳晶薄膜，该薄膜具有大比表面，确保对待测气体的大吸附量，并有畅通电子输送通道的功能，选择不同有机物分子能有效调控纳晶薄膜的孔径大小和分布，这是当前最具竞争的新一轮半导体气敏材料。用各种分析方法表征材料的晶型、形貌、结构和膜的厚度及氧化物沉积量，并与测定的气敏性能相关联，优化制备条件、可控参数及传感器的结构和操作温度。在基材中添加少量金属或其氧化物进行掺杂或表面修饰进一步提高材料的气敏性能，考察掺杂方法、掺杂质和掺杂量对气敏性能的影响，研究掺杂质对基材表面的吸脱附性能、氧化态、能级位置和密度变化的热力学规律和对电子输送速度和电子熄灭速度的动力学性能来探讨材料的气敏机制，以此指导新型敏感材料的开发、提高气体传感器的性能和拓宽其应用领域。

结论摘要：

随着我国经济持续发展，排放在大气中的NO2，CO和VOCs等污染物日益迅速增加，破坏生态环境和危害人类健康。特别目前汽车保有量的迅速增加，排出的汽车尾气的NOx更加严重污染环境，它不仅本身有毒，并且是形成酸雨和光化学烟雾的前体物。高灵敏检测大气中有毒气体在当前最具重要的现实意义。 本项目采用气相法和不同种类溶液法研制一维不同形貌和尺寸的ZnO、SnO2和WO3纳米晶体，作为气体传感器的敏感材料。一维纳米结构金属氧化物具有大表面与体积比，不易团聚，晶体结构稳定，形貌多样且径向电子迁移速度快的优点，对开发新型气体传感器具有促进作用，是当前最具竞争的半导体气敏材料。本项目采用溶液基的溶胶-凝胶法、水热法、溶剂热法和微乳液法，选择不同的酸、有机物或者表面活性试剂作为导向剂，来调控半导体金属氧化物纳米材料的生长，研制出这些一维的半导体金属氧化物纳米材料；用各种分析方法表征材料的晶型、形貌、尺寸、结构及比表面、孔径大小和分布；经过焙烧后，将材料制作成气体传感器，测定大气中的有毒气体的气敏性能，如灵敏度，选择性，响应时间和恢复时间。以多相催化的反应机理，来模拟传感器暂态数据，获得响应时间与气体浓度的非线性关系。将测得的气敏数据与制备参数和表征性能相关联，来优化制备条件，调节可控参数及传感器的结构和操作温度。同时用低温一步电沉积法制备新型多孔ZnO纳晶薄膜，该薄膜具有大比表面，确保对待测气体的大吸附量，并有畅通电子输送通道的功能，选择不同有机物分子能有效调控纳晶薄膜的孔径大小和分布。本项目在一维纳米材料中添加少量金属和其他氧化物进行掺杂和表面修饰，进一步提高气敏性能。因为掺杂使原先的半导体出现新的杂质能级，所以它是提高半导体气敏的一种简单和有效方法，能增加材料的灵敏度及降低传感器的操作温度。本项目在ZnO中分别掺入Al，Fe和Pd；在一维的WO3纳米棒中掺杂Sb，大大的提高了对CO和NO2的气敏性能，并研究了掺杂方法、掺杂质和掺杂量对气敏性能的影响。研究掺杂质对基材表面的吸脱附性能，晶胞参数和晶胞体积的变化以及禁带宽度和电子结合能的变化，以化学和电子的叠加效应，来探讨材料对气体的敏感机制。该研究可指导新型敏感材料的开发、提高气体传感器的性能和拓宽其应用领域。