随着社会工业科技文明的日益飞速发展,人们的总体生活水平质量得到很大的提高,同时,空气污染变得越来越严重,我们接触到有毒有害气体的几率随之增加,例如甲醛存在于装修涂料、纺织材料、劣质衣物甚至食物中。在2004年,世卫组织将甲醛确定为致癌物与致畸物,由此可见甲醛的存在会造成严重的危害。甲醛是无色透明且有很轻微刺激性气味的一种挥发性气体,目前判断空气中的甲醛浓度是否超标的手段之一是气敏传感器,由于气敏传感器涉及的基底材料不同因而种类繁多,以金属氧化物半导体为基底材料的气体探测技术仍然是该方向上发展所关注着的技术研究热点。氧化铁、三氧化二铟、氧化锌以及二氧化锡是比较典型的金属氧化物半导体气敏材料,其中,二氧化锡作为一种广谱性材料,无毒且价廉,对气体具有良好的响应,因此,我们选择二氧化锡作为研究对象。分层、有序、多孔的气敏材料是未来的发展方向,另外,掺杂金属离子亦能有效提高材料的气敏性能。而纳米材料又由于其具有小尺寸效应、界面效应等诸多特殊的物理化学性质,在气敏领域的应用是非常有前景的。因此,本文通过简单的模板法合成了三维多孔二氧化锡纳米材料,并以此为基底材料对其进行了各种金属离子掺杂,研究了基于这些材料的传感器的气敏性能,研究了煅烧温度、煅烧时间以及掺杂不同金属离子和不同比例对其气敏性能的影响,通过掺杂改性提高了其气敏性能以及选择性,分析了其气敏机理。本论文的主要内容如下:1.采用简单的碳球模板法制备了具有三维多孔结构的二氧化锡纳米材料,通过扫描电子显微镜（SEM）测试表明其具有三维疏松多孔的结构,经过X射线衍射（XRD）、能谱仪（EDS）、光电子能谱仪（XPS）表征证明Sn O2纳米材料表面拥有多的氧空位,氮吸附脱附检测后显示三维多孔结构的二氧化锡的比表面积（62.02 m~2/g）是粒子结构的二氧化锡比表面积（40.01 m~2/g）的1.55倍。将基于三维多孔二氧化锡的传感器与基于粒子二氧化锡的传感器对同一浓度的甲醛的气敏测试结果进行了简单比较,测试数据表明,基于三维多孔二氧化锡传感器对浓度为100 ppm甲醛气体的灵敏度为51.0,是基于粒子二氧化锡传感器对同浓度甲醛灵敏度值（8.0）的6.4倍,且其响应/恢复时间为8 s/15 s。基于三维多孔二氧化锡传感器对甲醛的最小检测浓度为0.5 ppm,灵敏度为2,而基于粒子二氧化锡传感器最低只能检测到10 ppm,其灵敏度为2。此外,基于三维多孔二氧化锡传感器的选择系数是7,基于粒子二氧化锡传感器的选择系数为1。因此,我们所制备的三维多孔二氧化锡纳米材料比粒子结构二氧化锡具有优异的甲醛气敏性能,其为开发高性能多孔气敏材料和检测有毒气体提供了新的思路和方向。2.通过控制煅烧温度成功制备了形貌和性能优异的三维多孔的二氧化锡气敏材料。改变煅烧温度（400℃,450℃,500℃,550℃,600℃）,研究了煅烧温度对三维多孔二氧化锡的影响,采用SEM、XPS、XRD、EDS及氮吸附脱附等测试方法证明了煅烧温度是通过影响三维多孔二氧化锡的结构形貌进而影响气敏性能的,研究显示,当煅烧温度为500℃时得到的三维多孔二氧化锡的比表面积最大（62.02 m~2/g）且气敏性能最好,其对50 ppm甲醛的灵敏度为27,响应时间为2s,而且,其还具有低的检测下限（0.5 ppm甲醛）、低的工作温度（230°C）和好的选性能。当煅烧温度过低,则模板不能完全被烧尽,而煅烧温度过高,材料的结晶度增加,形成的孔隙会坍塌。这些优异的性能主要是由于其均匀的三维多孔结构、较大的比表面积以及表面具有较多的氧空位,使其将成为一种有前途的甲醛传感材料。3.通过改变煅烧时间和Ho元素的掺入量,利用模板法合成了三维多孔Ho掺杂Sn O2纳米材料,并对其进行了SEM、XRD、EDS、XPS等各种表征研究,表征证明了Ho元素以Ho3+的形式进入了二氧化锡晶格中,造成了二氧化锡的晶格缺陷。气敏测试结果证明煅烧时间为2 h且Ho掺杂的量为3.5%时三维多孔二氧化锡基传感器的气敏性能最佳,其在低的工作温度（230°C）对50ppm甲醛的灵敏度最高为65,其灵敏度是纯的三维多孔Sn O2基传感器的2倍,此外,其还展现短的响应时间（2s）、低的检测下限（0.5 ppm甲醛）及优异的选择性。总之,三维多孔Ho掺杂Sn O2纳米材料优异的甲醛气敏特性主要是由于三维多孔Sn O2的独特形貌、更多的氧空位以及Ho掺杂的影响。因此,通过掺杂金属离子从而形成多孔掺杂型纳米材料可以显著的提高金属氧化物半导体材料的气敏性能。4.利用简单的碳球模板法,通过不同量的Eu元素的掺杂,成功制备了三维多孔Eu掺杂的Sn O2纳米材料。并通过SEM、XRD、EDS、XPS等技术对其进行测试,结果显示掺杂对三维多孔二氧化锡的表面形貌没有影响,Eu3+离子进入了二氧化锡的晶格中,形成晶格缺陷,带来了更多的氧空位。气敏分析系统的测试数据表明,Eu元素的掺杂量在为3.6%时,基于三维多孔二氧化锡的传感器对甲醛的气敏性能表现最优,该传感器系统对20 ppm甲醛的灵敏度为24,相同浓度甲醛的条件下,是基于纯的三维多孔二氧化锡的传感器灵敏度的1.8倍,而且,其优异的气敏性能还表现在拥有快的响应时间（对20 ppm甲醛的响应时间为1s）、良好的选择性、低的工作温度（230℃）和低的检测下限（0.5ppm甲醛）等。基于三维多孔Eu掺杂的Sn O2纳米材料传感器的优异的气敏特性主要可以归因于三维多孔Sn O2具有松散的多孔形貌、更多的氧空位和Eu元素的掺杂。因此,掺杂一定数量的某些金属元素能大幅提高金属氧化物半导体材料的气敏性能。