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石墨烯由于具有二维六元环状原子排列结构、能带中狄拉克点存在导致零带隙等特点,被发现在室温环境中对NH3和NO2表现出很好的敏感性能,其在气敏领域的发展逐渐受到越来越多人关注。为了满足低能耗、高响应、低检测限等市场需求,推动graphene基气体传感器对目标危险气体进行室温高准确率检测的应用,延伸出的还原氧化石墨烯（rGO,reduced graphene oxide）,在拥有二维结构、高电导率的同时,更因为其表面搭载了多种含氧基团,为通过调节表面基团的种类和数量提高其敏感性能提供了极大的可能性。此外,带有含氧官能团的rGO更易与其他敏感半导体通过杂化复合形成半导体异质结,以综合rGO和杂化半导体的优势。然而,目前关于还原氧化石墨烯对气体敏感机理的系统研究还是十分匮乏。并且,以rGO为敏感材料的气体传感器在室温环境中灵敏度不高、响应恢复速度过慢等问题也亟待解决。本文首先研究了还原氧化石墨烯表面官能团在气敏反应过程中的作用机制,以对NO2和NH3的传感过程为例,通过DFT计算解析rGO表面官能团分别与NO2、NH3分子的吸附能力。在此基础上,研究了 p型rGO与传统n型MOx半导体复合构成p-n异质结的敏感性能和机理,着重关注异质结中的rGO官能团变化与p-n异质结所表现出的导电性能及气敏性能的关系,研发了高性能NO2气体传感器。之后,针对rGO基氨气传感器难以恢复的问题,提出并研发了 rGO与新型二维WS2纳米片复合的p-p同型异质结,并研究其在室温环境中对氨气的气敏响应性能。最后,通过对rGO表面官能团进一步调控,引入磺酸根这一新型官能团,优化提高磺化rGO与WS2复合半导体异质结在室温环境中对氨气的敏感性能,并借助高斯计算建模,分析了磺酸根与气体分子电荷交换机制。主要研究内容及结论如下:1、为了研究rGO及GO上各个含氧基团对其气敏性能的影响,我们选取了三种不同的还原方法处理GO,主要是剥离GO上的含氧官能团。对rGO表征的分析结果显示,rGO中的含氧官能团主要有三种,羟基（-OH）、环氧基团（C-O-C）和少量羧基（C-OOH）,其中-OH等含氧基团的含量比例对rGO的NO2室温敏感性能有显著影响。-OH基团相对比例更高的rGO样品具有更好的NO2敏感性能及更快的响应恢复速度。这是由于rGO中的羟基相比于其他含氧基团对NO2具有更强的吸附能力。这一结论可以通过密度泛函理论计算（DFT）进一步验证,带有羟基的石墨烯模型与NO2气体分子的结合能较高,容易作为活跃位点吸附NO2分子。2、rGO与金属氧化物杂化形成半导体异质结是提高石墨烯基半导体型气体传感器敏感性能的有效方法,已经获得了科研工作者的广泛关注。rGO与传统的n型敏感半导体SnO2、WO3复合形成p-n微型异质结材料被发现可以有效降低半导体型气敏材料的工作温度,但rGO/MOx异质结在表面化学体系中的敏感机理仍需要进一步系统的研究阐述。我们采用一步水热合成方法制备了 rGO/SnO2、rGO/WO3复合敏感材料。选取对NO2敏感性能更好的rGO/SnO2来研究异质结表面官能团、异质结导电类型对其室温气敏性能的影响。对比水热合成的SnO2与rGO/SnO2异质结的微观结构、官能团及气敏性能等,发现水热合成的rGO/SnO2异质结在室温环境中对2～8 ppm NO2的响应恢复速率更高。在超过100℃的高温环境进一步热处理之后,rGO/SnO2异质结的导电类型由p型转换为n型,这是由于高温环境中rGO得到了进一步还原,并且对rGO/SnO2异质结表面的吸附水有一定影响,形成相对疏水的表面。导电类型为n型的rGO/SnO2复合敏感异质结,在室温检测环境中,对NO2表现出更高的灵敏度和响应恢复速度,即对8 ppm NO2的响应灵敏度为78%,响应/恢复时间为100/200 s。3、rGO与新型的p型二维敏感材料合成p-p型rGO基异质结的气敏响应机理也值得深入研究,以改进石墨烯基氨气传感器的性能。一步水热合成的p-p型rGO/WS2异质结在接近室温（33.5℃）环境中对10～50 ppm氨气的表现出良好敏感性能,对10 ppm NH3的响应灵敏度可以达到121%。这可以归因于合成异质结之后rGO表面被引入了更多的羟基,相比于其他含氧官能团具有更好的气体分子吸附能力,以及异质结中大量的Lewis酸性中心,更容易吸附呈Lewis碱性的氨气分子。此外,相对于NO2、醇类、甲醛、丙酮等气体,搭载有rGO/WS2异质结的传感器对氨气具有更好的选择性,并且能保持信号长时间稳定,在室温氨气检测应用方向有非常广阔的前景。4、rGO/WS2异质结在接近室温的环境中对氨气表现出非常高的灵敏度,然而其在室温环境中的氨气响应恢复速度过慢（600 s以上）,将会影响传感器的检测效率。我们采用冰浴预磺化过程,在rGO表面引入新型表面官能团磺酸根（-S03H）,然后再一步水热合成S-rGO/WS2异质结。磺酸根的引入显著提高了 rGO基p-p异质结的室温氨气敏感性能:对10～50ppm氨气的灵敏度磺化异质结是未磺化异质结的三倍左右,同时磺化后异质结响应恢复所需时间被缩短了一半。这可能是得益于磺酸根的引入,对氨气分子敏感同时吸附脱附速度快。我们通过第一性原理计算（DFT）进一步验证分析片状石墨烯结构的磺酸根结合位点,以及磺化石墨烯对氨气分子的强吸附能力。此外,我们对基于S-rGO/WS2的气体传感器的选择性、长期稳定性等进行了系统分析,验证了其在室温NH3检测领域的发展潜力。