摘要
随着工业技术的迅猛发展，空气质量问题日益突出，这些污染气体不仅会对生态环境造成破坏，还会对人类健康产生危害。因此，对污染气体进行高效的检测与监控，是十分必要的。操作简单、便携、价格低廉等优点使金属氧化物半导体气敏传感器在气体检测中发挥着重要作用。其中，SnO2作为典型的n型半导体，由于具有热稳定性和化学稳定性高、成本低、绿色环保等优点，是被研究最多的金属氧化物。然而，SnO2仍存在些许不足，比如选择性差、工作温度高，这些缺点在一定程度上限制了其实际应用。为了更好地满足目前气体检测的需求，调控气敏材料的形貌、添加掺杂剂等方式都被用于提高气敏性能。于是本论文以SnO2为研究对象，通过形貌调控和过渡金属元素掺杂改性的方法来提高SnO2的气敏性能。总的来说，本论文主要研究了低维SnO2纳米结构气敏材料的合成及其过渡金属元素掺杂后气敏性能提升的机理，本论文工作分为以下三部分： （1）采用一步无模板水热法制备了不同Ni掺杂量的SnO2纳米棒。XRD、SEM、TEM、XPS、BET等表征手段和气敏性能测试表明：Ni掺杂可以显著改善SnO2的气敏性能，这主要是由于Ni掺杂导致氧空位增多和比表面积增大。其中，Ni1.5-SnO2在225℃时具有最佳的异丙醇气敏性能，其对异丙醇检测限低至10ppb，响应值达到了250，是未掺杂SnO2的8.3倍，同时还具有高选择性、可重复性、稳定性好等优点，进一步证明了Ni-SnO2纳米棒是一种极具潜力的检测异丙醇气体的传感材料。 （2）Cu掺杂SnO2树叶片状纳米结构气敏材料的合成主要分两步进行，首先是水热过程，其次是煅烧过程。对材料进行了XRD、SEM、XPS表征测试和气敏性能测试，实验结果说明基于Cu2.0-SnO2的传感器在250℃下对乙醇具有高灵敏度（139.65）、极快的响应时间（2s）、高选择性，另外，对乙醇气敏性能的提高主要是得益于Cu掺杂后产生的氧空位，它的存在加速了氧在传感材料表面的吸附。 （3）同样采用水热法和煅烧过程合成了Cr掺杂SnO2多孔纳米片。通过XRD、SEM、XPS等表征测试和气敏性能测试，发现基于Cr1.0-SnO2的多孔材料在225℃时对正丁醇具有较高灵敏度（125.65）、较低的检测限（200ppb）、良好的选择性，这种材料的多孔结构为气体的扩散和吸附提供了有利条件，而Cr的掺杂则提供了更多的氧空位。
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