随着环境安全、医疗卫生和科学技术等方面的迅速发展,人们对开发高性能智能气体传感器的研究越发关注。基于金属氧化物半导体的电阻式气体传感器因简单、成本低、易调控等优势被广泛使用,然而较高的工作温度限制了其实际应用。为了解决电阻型传感器的高功耗问题,提出一种独特的策略,利用零维量子点材料与中空分级纳米结构相结合,用于提升气体传感器在室温或低温下的灵敏度及响应/恢复性能,实时监测诸如氢气、硫化氢等易燃易爆及有毒气体。并对其合成方法、传感性能和增敏机制进行了系统地研究和讨论。大量理论计算表明,纳米材料颗粒尺寸的大小会直接影响基于n型金属氧化物半导体气体传感器的灵敏度,而形貌结构和颗粒接触构型对基于p型金属氧化物半导体的气体传感器性能有着决定性的影响。首先,在前期的工作基础上,将传统p型金属氧化物半导体材料设计成中空、分级的形貌结构,中空、分级、多孔性纳米材料具有开放的气体分子扩散通道,能够保证气体快速地到达敏感材料的活性位点发生反应,大大缩短了气体传感器的响应/恢复时间。在此研究基础上,将n型量子点均匀且连续地负载在独特的纳米结构上。量子点是低维半导体材料,其粒径尺寸不超过其激子玻尔半径的两倍,因此大量原子暴露于材料表面,随着粒径的减小,比表面积大幅增大,表面原子数量增加,导致原子配位不足,不饱和键和悬空键数量增加。因此,量子点材料通常在较低的温度下具有大量的活性位点和高的活性,这些特性有利于气体在常温下的大量吸附,极大程度地提升了气体传感器的灵敏度,降低了工作温度。将量子点材料负载在中空、分级结构的金属氧化物上,两者结合,保证了气体敏感材料更大的比表面积和有效的电子传输通道,气体可以在较低的温度下迅速到达量子点表面的活性位点,从而有效地提高气体传感器在常温下的综合性能,对开发常温高响应的实时监测型气体传感器尤为重要。以此为目标,本论文的工作内容主要包括如下几个方面:1.CdS量子点负载中空Co3O4微米球的制备及其H2S气敏性能研究本工作提出一种新型、有效的室温原位生长策略,通过将CdS量子点原位生长在Co3O4中空、镂空纳米结构上,以此作为气体传感器薄膜,开发了在室温下同时具有高响应和快速响应/恢复速率的气体传感器。CdS QD/Co3O4 HMSs气体传感器在25℃下对100 ppm H2S具有高灵敏度（12.7）和超快的响应/恢复速率（0.6/1.0 s）,此外,该传感器具有良好的选择性、较低的检测限（1-5ppm）、优异的可重复性和良好的长期稳定性。这一优异的气敏性能不仅归因于互相连接的CdS量子点在室温下大的比表面积和高活性,还归因于超薄、多孔纳米片组装成的中空、镂空结构对气体高效吸脱附和扩散的有利影响。2.PdO量子点与平行纳米线组装的CuO微米球的协同效应及其H2S气敏性能研究本工作合成了具有独特平行纳米线结构的CuO微米球（CuO NWMs）,将其应用于H2S传感器,丰富了 CuO基气体传感器的多样性,同时,为了构建响应/恢复更快、工作温度更低的H2S气体传感器,提出了 一种简单的浸渍方法,利用高催化活性的PdO量子点去功能化CuO NWMs。当温度为150℃时,基于纯CuO NWMs的传感器对50ppm H2S的响应为4.9,而PdO量子点负载的样品中,基于1 wt.%PdO-CuO NWMs和2 wt.%PdO-CuO NWMs传感器在室温下对H2S有较高的响应,其中,2 wt.%PdO-CuO NWMs传感器的传感性能最好,在30℃下对50 ppm H2S的响应为6.8,同时具有超短的响应/恢复时间（1.8/4.1 s）。此外,PdO-CuO NWMs传感器具有出色的抗湿能力、H2S选择性和长期稳定性。优异的气体传感器性能是由于高催化活性的PdO纳米颗粒和分级结构的协同效应。3.ZnS量子点负载MOF衍生Co3O4中空多孔纳米盒的制备及其气敏性能研究首先,我们利用MOF为出发点精细控制敏感材料的形貌,通过金属有机骨架前驱体的形貌保持策略,成功地合成了具有独特非球形形貌的多孔、超薄纳米片组装的中空、镂空Co3O4纳米盒,并将其应用于高性能甲苯、乙醇气体传感器。基于Co3O4-HHNBs的传感器在200℃时对甲苯气体的灵敏度为56.6,在220℃时对乙醇的灵敏度为37.2。传感器对50ppm甲苯的响应/恢复时间为10/9 s,对50ppm乙醇的响应/恢复时间为0.4/0.5 s。基于Co3O4-HHNBs传感器的独特形貌及其对传感器响应/恢复速率的直接影响,以此为基体,在多孔、超薄纳米片上原位生长常温高活性的ZnS量子点,ZnS QD/Co3O4-HHNBs传感器能够在常温25℃下对100 ppm H2具有9.3的高响应,同时保持了超快的响应/恢复时间（3.8/3.2s）。通过量子点材料与镂空、分级金属氧化物半导体材料的结合,实现了气体传感器在常温下的超快响应/恢复。