随着物联网的快速发展,气体传感器的应用已经渗透到环境监测、医疗诊断、工业生产、资源勘探、家庭生活、消费电子等各个领域。金属氧化物半导体（MOS）气体传感器由于其独特的优势而展现出巨大的应用潜力。然而,MOS气体传感器仍然存在一些亟待改善的问题,如响应值低、响应恢复慢或不能完全恢复、电阻高、对低浓度的气体不敏感、工作温度高、选择性和稳定性差、敏感机制仍不明晰等问题。敏感材料是气体传感器的核心,设计和可控构筑高性能敏感材料是提高传感器敏感性能的关键。基于以上背景和问题,本论文以开发高性能气体传感器敏感材料为目标,基于纳米纤维和金属有机框架（MOFs）两类多孔材料,构筑了多种类型的MOS异质结多孔纳米材料,探究了敏感材料的组分、微观构造及异质结类型与气敏性能之间的内在关系。通过创新和优化敏感材料的制备方法,对材料的组分、孔径、表面、界面等合理调控,研制了新型高性能MOS异质结敏感材料,开创了几种制备高性能敏感材料的新策略。本论文主要研究工作如下:（1）采用静电纺丝技术构建了不同摩尔比的NiO-WO3 p-n结多孔纳米纤维。这种复合纳米纤维具有有效的p-n异质结构、较高的氧吸附能力、高的比表面积、小的晶粒尺寸以及特殊的多孔结构,从而对丙酮气体具有高灵敏和快速响应的特性。（2）高湿度条件下高灵敏气体传感器的研制仍是难题。采用静电纺丝技术构建了不同摩尔比的MoO3-WO3 n-n结多孔纳米纤维。通过调节Mo/W摩尔比,研制出具有有效的n-n异质结构、高的比表面积、丰富的多孔结构及高的表面氧吸附能力的MoO3-WO3复合纳米纤维,使其在高湿条件下对丙酮气体仍具有高响应和选择性。（3）传感器具有优异敏感性的同时兼具低的电阻,有利于实际应用。为此,基于静电纺丝技术构建了还原氧化石墨烯（rGO）-WO3异质结纳米纤维。rGO纳米片与WO3纳米颗粒之间形成欧姆接触,改善WO3敏感性能的同时,有效降低了传感器的电阻。得益于欧姆接触的形成、rGO纳米片超高的比表面积、强的气体吸附能力以及特殊多孔结构,rGO-WO3复合纳米纤维对丙酮气体具有高灵敏、高选择性和快速响应的特性。（4）针对目前尚缺乏有效方法可控地合成超小尺寸贵金属纳米团簇（＜2 nm）对敏感材料进行修饰的瓶颈问题,首次将原子个数可精确调控的超小Ag纳米团簇（Agx:原子个数x=55、175和600）修饰在WO3纳米纤维的表层,获得了显著改善的低温NO2敏感性能,包括高响应值、快速响应恢复、低至10 ppb的检测限、优异的选择性和低温完全恢复性。分析了Agx-WO3纳米纤维对NO2高灵敏和高选择性的原因。结果表明采用“质量选择团簇束流源技术”对敏感材料进行超小尺寸团簇修饰是提高MOS气敏性能的有效方法,这为构筑超高性能MOS气体传感器开创了一种全新的策略。（5）增加多孔性和纳米级催化剂的功能化是实现高性能MOS气体传感器的两个重要途径。采用MOFs法构建了纳米Ag催化剂均匀分布的介孔ZnO纳米笼子,该MOFs基Ag-ZnO纳米笼子具有多孔结构、高比表面积和气体易接近性,因而具有显著改善的乙醇敏感性能,包括高响应值、短的τres和τrec以及优异的选择性和再现性等。揭示了纳米Ag催化剂的电子敏化和催化效应、Ag-ZnO纳米笼子的中空多孔结构、高比表面积和高的氧吸附能力对乙醇敏感性能的贡献,为构建纳米贵金属催化剂修饰多孔MOS敏感材料提供了一种合理的策略。（6）设计具有独特纳米结构和丰富孔隙率的MOS异质结是研制高性能气体传感器的重要策略。首次结合MOFs法和静电纺丝技术构建了一种新型MOFs基介孔Co3O4-ZnO p-n结纳米纤维。这种p-n结纳米纤维结合了 MOFs和纳米纤维两种多孔材料的优势,具有丰富的虫洞状孔、高的比表面积和良好的抗团聚集性能,从而对乙醇气体具有高灵敏、优异选择性和稳定性的特性。该方法为构建多种类MOFs基多孔异质结纳米纤维用于高性能气体传感提供了通用策略。（7）充分利用二维rGO纳米片、多孔MOFs和纳米纤维的优势,采用MOFs法和静电纺丝技术共同构筑了一种新型网状多孔rGO-ZnO复合纳米纤维。这种MOFs基网状复合纳米纤维具有有效的p-n异质结构、丰富的介孔和高的比表面积,有利于气体分子的扩散和吸附,从而对异丙醇气体具有高灵敏和快速响应的特性,表明MOFs和rGO基复合纳米纤维可作为一种新型的多孔纳米结构来构建高灵敏和选择性气体传感器。