随着社会的不断发展,能源和环境问题变得日益突出。天然气作为一种清洁能源被广泛应用于生产生活中。由于天然气易燃易爆特性,给天然气使用和运输带来安全问题。天然气的主要成分是甲烷,因此研制灵敏、可靠的甲烷气体传感器十分重要。目前以甲烷催化燃烧为机制的催化式甲烷传感器使用较为广泛,其核心为对甲烷具有较高催化活性的催化剂敏感材料。在充分研究催化敏感材料的基础上,制备传感器并探讨其在甲烷检测中的应用显得异常重要。本论文以氧化铈、氧化锆、氧化铝为载体,采用浸渍法制备负载氧化钴型催化剂用于甲烷气体的催化燃烧,考察氧化钴负载量、载体种类和工作温度等影响因素对催化燃烧性能的影响。在催化剂研究的基础上,进行厚膜型甲烷气体传感器的研究,主要结果有:氧化钴负载量和载体种类对催化剂性能影响显著。Co-Ce催化剂表现出较好的甲烷催化活性,其催化效率随着氧化钴负载量的增加先增大后减小。由于催化剂容易发生烧结导致其热稳定性较差。BET、XRD、H₂-TPR等表征结果显示,Co-Ce催化剂具有较小的比表面积、较大的晶粒尺寸和较低的表面氧物种还原温度。XPS表征结果显示,氧化钴和氧化铈之间存在相互作用,促进Co²⁺向Co³⁺的转换,增加催化剂表面Co³⁺的含量,Co³⁺比Co²⁺还原性更强。相互作用还增加了催化剂晶格氧的含量,晶格氧是氧化还原反应的重要参与者。Co-Zr和Co-Al催化剂的甲烷催化活性相对较低,但表现出较好的热稳定性。表征结果显示,Co-Zr和Co-Al催化剂表面氧物种被还原温度较高,可被还原性较弱,高温对表面氧物种还原性影响较小,故表现较好的热稳定性;氧化钴和氧化锆、氧化铝之间也存在相互作用,增加催化剂表面Co³⁺含量和晶格氧的含量。厚膜型甲烷气体传感器具有较好的线性度、稳定性、重复性和选择性。30Co-Ce和30Co-Zr传感器对甲烷气体响应较大,具有较高的灵敏度。此外,30Co-Zr传感器对一氧化碳气体也具有较高的响应,表征结果显示,30Co-Zr催化剂对一氧化碳气体具有较好的可还原性,因此Co-Zr催化剂还具有应用在一氧化碳传感器的可行性。