随着人们对环境重视程度的提高,气体传感器作为一种高效便捷的检测手段使用范围愈加广泛,有效检测易挥发有害气体对于保障人类的生存环境和健康具有重要意义。金属氧化物气体传感器以其制备成本低、工艺简单、轻便易携带等优点成为气敏领域研究的热点。如今气体环境监测的市场需求不断增加,对传感器的要求越来越高,因此,科研工作者致力于提升金属氧化物气体传感器的灵敏度,其中最为常用的方法是对气敏材料的形貌控制、掺杂及表面修饰。本论文以p型半导体Co3O4、NiO为敏感材料,通过对材料的形貌调控,使用金属掺杂、负载贵金属的方式来提升气体传感器的灵敏度,并对传感器敏感性能增强的机理做详细讨论:1.将均匀尺寸的ZIF-67转化为二维钴基纳米片制备超薄多孔结构的Co3O4纳米材料。基于p型氧化物半导体材料Co3O4,以金属-有机框架(MOFs)为模板进行转化是合成金属氧化物多孔纳米材料的一种常用方法,我们以ZIF-67为反应物制备了钴基纳米片结构,为了比较纳米材料形貌对气敏性能的影响,通过调控煅烧温度转化为多孔Co3O4纳米片,得到小纳米颗粒尺寸和晶粒连续相。实验结果表明多孔材料可以有效提高气体的负载量,在350℃热处理后形成介孔Co3O4纳米片结构对丙酮气体测试性能突出,对100 ppm丙酮灵敏度为24.8,响应时间为15.2 s,恢复时间为14.8 s。在35天稳定性测试过程中,介孔Co304纳米片传感器对100 ppm丙酮的灵敏度仅下降13.6%,其优异的性能归功于超薄和多孔的结构,提供畅通的气体传输通道,便于气体分子的吸附。2.以乙二醇为结构导向剂,制备了 In掺杂类花状多孔NiO纳米片及其表面负载Ag纳米颗粒增感。本工作采用简单的水热法结合空气煅烧制备了掺杂微量In的多孔类花状NiO纳米片材料,为了进一步提高气体灵敏度,通过化学还原过程进行了 Ag纳米颗粒表面修饰。实验结果表明,单纯的类花状NiO纳米片材料对100 ppm甲醇气体响应时间较短为6.3 s,但选择性不明显,对100 ppm甲醇响应值为2.16,与其它测试的气体存在同等程度响应的问题。经过3 at%In掺杂,对100 ppm甲醇灵敏度达到6.93,提高了对甲醇气体选择性,进一步利用贵金属Ag纳米颗粒修饰3 at%In掺杂NiO纳米材料,大大提高了甲醇的灵敏度,对100 ppm甲醇气体检测灵敏度达到16.3,是纯NiO纳米材料约8倍,两者的协同作用使传感器提高对甲醇气体灵敏度,阐述了贵金属催化作用是提高甲醇传感性能的主要原因。综上所述,通过对传感器材料形貌设计及对材料进行微量掺杂和修饰,可以有效提高传感器的气敏性能,为气体传感器的制造提供新的思路。