随着社会生产力的进步,在人们生活水平得到明显改善的同时,工业生产和家居生活中气体排放物的种类和数量都有明显增加。因此,研发高性能的气体传感器对环境中的有毒有害和易燃易爆气体进行检测、分析和预警,对保障人民群众的生命财产安全有着重大意义。其中,氧化物半导体气体传感器作为一种全固态传感器,由于其灵敏度高、响应迅速、易于集成在便携设备中等优点,已广泛应用于实际生产和生活中。该型传感器是通过待测气体与敏感材料表面的化学吸附氧相互作用而引起传感器电阻值的变化来检测气体,敏感材料的物理和化学性质直接决定了气体传感器的传感性能。因此,设计和构筑性能优异的金属氧化物半导体（Metal Oxide Semiconductor,MOS）敏感材料是开发高性能气体传感器的重要途径。近年来,纳米技术得到了快速的发展和应用。作为一种特殊的纳米结构,三维反蛋白石（Three-Dimensional Inverse Opal,3DIO）材料高度有序的大孔结构和三维互通的蜂窝状孔道,不仅可以改善气体分子在材料内部的扩散和吸附速率、加快载流子迁移率,还为气敏反应提供了众多的活性位点,在传感器领域受到了广泛关注。本论文从敏感材料的设计出发,围绕影响MOS基气体传感器气敏性能的三大要素,以In2O3和Sn O2为主要研究对象,采用胶体晶体模板法构筑了两种不同形貌的3DIO材料,并通过贵金属表面修饰和构建异质结构来进一步提升其对挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds,VOCs）的快速检测能力。主要研究内容如下:1、通过控制蒸发法将单分散聚苯乙烯（PS）微球自组装为三维密堆积结构的胶体晶体,并以此为模板制备了3DIO In2O3大孔材料。随后采用浸渍负载法将不同质量分数的Pt O2纳米粒子均匀的负载到3DIO In2O3纳米材料的表面和孔道内部。气敏测试结果表明,基于2.0 wt%Pt O2负载的3DIO In2O3气体传感器在235℃的工作温度下,对50 ppm乙醇气体的灵敏度达到了103,与纯In2O3基气体传感器相比,工作温度下降了25℃,灵敏度提升了5倍。此外,该传感器还表现出了快速的响应（7 s）和恢复（9 s）,对乙醇气体的响应值也远高于其他干扰气体。这表明3DIO Pt O2@In2O3大孔材料是一种有望在乙醇气体检测中实际应用的敏感材料。2、通过喷雾干燥技术将单分散的PS微球自组装为微米级（～10 um）球形胶体晶体,并以此为模板制备了一系列Zn掺杂的3DIO Sn O2多孔微球敏感材料。通过一系列表征发现,该材料拥有稳固的三维纳米骨架、分级多孔结构和较大的比表面积,这为目标气体提供了大量的微反应腔和活性位点,气体传输效率和敏感材料利用率得到了显著提升,实现了敏感材料的结构增感。在260℃的工作温度下,当Zn/Sn原子比为1:4时,该气体传感器对50 ppm丙酮气体的灵敏度为40.3,是纯Sn O2和3DIO Sn O2基气体传感器灵敏度的4.8和2.6倍,响应-恢复时间也由23 s和47 s缩短到了6 s和10 s,实现了对低浓度丙酮气体的快速识别检测。优异的气敏性能归因于3DIO大孔材料的结构优势和n-n异质结对初始电阻和能带结构的调控,加深了电子耗尽层厚度,有效提升了传感器的气敏性能。