半导体气体传感器具有灵敏度高、检测对象广、使用寿命长等优点,在大气污染监测、物联网与人工智能领域需求巨大,现阶段发展瓶颈在于金属氧化物较高的工作温度。硫化铅等硫化物半导体具有室温气敏效应,具备发展高灵敏、低功耗半导体气体传感器的潜力。本论文选取无铅、低毒的硫化铋作为研究对象,通过材料可控合成并辅以理论计算,对高性能硫化物气敏材料的设计理论与制备方法展开研究:本文首先通过密度泛函理论计算手段对硫化铋不同晶面在合成过程与气体反应中作用进行计算分析,从材料合成与气敏性能方面对硫化铋材料进行模拟计算。对表面活性剂油胺对硫化铋（130）与（211）晶面的吸附作用进行建模与计算,结果表明油胺对（130）晶面具有更强的包覆作用;针对目标气体二氧化氮（NO2）与空气中的水和氧气,建立了硫化铋两种晶面的多种吸附模型。计算分析得到其最佳吸附模型Bi top-NO2,进一步进行差分电荷密度计算与Bader电荷分析,结果发现NO2分子在与O2的竞争吸附中占优,可引起硫化铋的电子向表面转移,导致材料电学特性发生改变,表明硫化铋材料用于开发NO2气体传感器的潜力。为了合成硫化铋纳米材料并对计算结果进行验证,采用溶剂热法合成出正交晶系的硫化铋纳米带状材料。改变油胺的体积开展了晶面调控实验,结果表明在一定范围内随着油胺体积的增加,（211）晶面暴露有所增加,与第二章中密度泛函理论计算结果保持一致。进一步开展了不同时长硫化铋材料合成实验,通过对不同生长阶段硫化铋材料的微观形貌与晶面暴露情况分析,结果表明生长过程中不稳定硫化铋非晶颗粒首先在气液界面聚集,以此使得体系界面能降低。由于硫化铋各向异性与活化剂的协同作用,产生的晶核沿一定方向结晶生长,取得该体系下最低的能量构型,生成硫化铋纳米带一维结构。为了进一步探究硫化铋材料的气敏特性,采用合成的硫化铋材料制备出硫化铋气体传感器并进行动态测试。结果表明其在室温条件40天长期连续测试中器件保持稳定（响应变化率＜15%）且对3 ppm NO2响应值达到35。对不同晶面比例硫化铋材料并进行不同湿度条件（0%～90%）下气敏测试,结果表明随着硫化铋材料（211）晶面的增加,传感器抗湿性能提高。结合“光-电-气”原位表征测试,分析研究了硫化铋气敏材料的气敏机理及其老化机制:NO2分子与硫化铋表面羟基基团、硫原子、晶格中或表面吸附的氧气发生反应,产生硝酸盐属等物质。对于不同晶面吸附作用的理论分析结果表明,硫化铋（130）晶面与（211）晶面随着H2O分子的增加对NO2的吸附能力均逐渐增加,其中湿度对（211）晶面的NO2竞争吸附增强作用更为显著。