自2004年石墨烯实现机械剥离后,对于与石墨烯结构类似的过渡金属硫化物二维纳米材料的研究也如火如荼的开展起来。而且二维纳米材料的研究重心也从开始时的材料基本性能研究逐渐转移到将二维纳米材料与其他先进材料复合在一起,从而形成异质结构。目前,许多研究者将二维纳米材料异质结构应用于催化、能源等领域,并取得了很多优异的结果,但基于过渡金属硫化物异质结构在传感领域的研究仍相对缺乏。针对上述问题,本文采用不同的方法制备了具有不同结构和形貌的过渡金属硫化物异质结构,并研究了异质结构的气敏传感机理和光电探测机制。设计了一种基于还原氧化石墨烯/二硫化钼复合纤维的气敏传感器。揭示了器件的气体敏感机制并检测了两种单独组分及其复合纤维对NO₂、NH₃、湿度以及有机气体的气敏响应,以及不同石墨烯与二硫化钼配比对复合纤维气敏性能的影响。最后探究了光照对复合纤维气敏性能的增益效果。发现石墨烯与二硫化钼的协同作用使复合纤维具有良好的气敏响应,对NO₂的响应率达到75%,对NH₃的响应率达到200%。首次提出了一种简单快捷的方法制备石墨烯/二硫化钼量子点复合结构,揭示了器件的气体敏感机制并对比了两种单独组分量子点与复合物的荧光性能和其对NO₂和NH₃等气体的气体敏性能,以及不同石墨烯量子点与二硫化钼量子点的配比对复合物气敏性能的影响。最后测试了复合物的光热性能,确定了光照对量子点气敏性能的增益机理。由所得的实验结果,计算得到量子点复合物对NO₂和NH₃的理论气体检测限为41.4 ppb和35.5 ppb,这一性能是石墨烯量子点和二硫化钼量子点协同作用的结果。采用机械剥离法得到二硫化钼纳米片层,并采用干法转移法在LSMO表面制备异质结构。通过研究不同过渡金属硫化物的光学性能随层数的变化规律,获得了二硫化钼反射率与其层数的对应关系。采用碳纤维作为探针检测了器件的光电性能。所得的异质结构具有良好的整流特性,整流率高达10³。光照条件下,器件展现出明显的光生伏特效应,开路电压达到0.4V。采用机械剥离法得到三硫化钛纳米片层,并采用干法转移法在p型硅表面转移三硫化钛,从而获得异质结构。研究了器件在非偏振光下的光电探测特性,并依据其光电性能,构建了基于异质结构的单像素相机。最后,测试了器件的偏振光敏性能,获得了器件的各向异性的响应率和探测率等偏振光敏性能。所得的异质结具有很宽频率的光电响应（405 nm至1050 nm）,光响应率达到35mA/W。且该异质结构具有独特的偏振光敏感特性,沿三硫化钛b轴与a轴的极化率达到350%,其短路电流各向异性率达到0.64。