由于瓦斯灾害频发,严重威胁煤矿安全生产,以及目前的瓦斯传感器存在成本高或性能不稳定等问题,因此开展适用于煤矿复杂环境下瓦斯检测的高性能传感器研究具有重要科学意义和应用前景。ZnO因其优良的物理、化学性能,在气体传感器领域长期以来一直备受关注。用作甲烷敏感材料时ZnO也能够表现出较好的响应性能,被认为是下一代甲烷传感器的“潜在候选材料”,但纯相的ZnO在气体灵敏度和选择性等方面仍然存在不足。负载贵金属催化剂可以显著提升气敏材料的灵敏度和选择性,为气体传感器的性能提升提供了一种新的解决方案。本论文借助基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,深入研究了CH4分子和CO分子在清洁ZnO表面和Pd、Ag、Pt、Au四种贵金属原子负载的ZnO表面上的吸附行为;并在此基础上,采用实验研究与理论计算相结合的方法,开展贵金属（Ag、Au、Pd）负载ZnO多级多孔纳米结构高性能瓦斯敏感材料的可控制备、性能检测与敏感机理研究。具体研究内容如下:（1）采用第一性原理计算方法,系统研究了CH4分子在贵金属负载前后的ZnO缺陷表面上的吸附行为。通过比较吸附能,得出了CH4分子的最稳定吸附构型。计算结果显示,四种贵金属的负载均明显提高了CH4分子在ZnO表面的吸附能,说明ZnO表面负载贵金属可以提高CH4分子与ZnO表面的结合力,从而改善其气敏性能。（2）采用第一性原理计算方法,系统研究了CO分子在贵金属负载前后的ZnO表面上的吸附行为。通过比较吸附能,得出了CO分子的最稳定吸附构型。研究结果显示,CO分子中的C原子更倾向于和表面负载的贵金属原子成键,贵金属负载可以明显增强CO分子在ZnO表面的吸附,从而可以改善其气敏性能,其中Pt和Pd原子的增强效果更显著。（3）采用水热法结合原位还原法合成了Ag修饰的ZnO分级多孔纳米片材料。制备的ZnO纳米片的平均厚度为10 nm,Ag纳米颗粒较好地分散在ZnO纳米片表面上。ZnO和Ag/ZnO样品的CH4敏感性能检测结果表明:相比于纯ZnO传感器,用Ag修饰后的Ag/ZnO传感器对CH4表现出明显增强的敏感性能。此外,Ag/ZnO传感器在270℃的工作温度下对CH4表现更快的响应速度和恢复速度,表明了其在CH4气体的实际监测中的潜在应用价值。Ag/ZnO传感器对CH4灵敏度的提高主要可归因于其多孔结构、高的比表面积、以及Ag纳米颗粒的高催化活性。（4）通过两步法合成了Au纳米颗粒修饰的分级多孔纳米片组装的ZnO微球,并以此构筑瓦斯气体传感器。本文中对所制备的ZnO和Au/ZnO样品进行了CH4敏感性能检测,气敏测试结果表明:Au纳米颗粒负载ZnO表面后,传感器的甲烷敏感性能显著增强,其中Au含量为1.0 at%的Au/ZnO表现出最佳的CH4气敏性能。而Au/ZnO基传感器在250℃对CH4不仅具有较高的响应,而且具有较低的检测下限,良好的选择性和检测重复性,表现出优异的瓦斯检测潜力。Au/ZnO传感器灵敏度的提高主要归因于Au的敏化作用及其独特的分级多孔结构。（5）通过水热法结合原位还原法合成了Pd负载ZnO花状多孔纳米片复合材料。通过对材料进行表征测试,证明了贵金属Pd纳米颗粒成功修饰在ZnO纳米片,并且分散性良好。对所制备的ZnO和Pd/ZnO样品进行了CO敏感性能的检测,结果表明:与纯ZnO相比,Pd的引入使Pd/ZnO传感器对CO表现出更好的响应能力和选择性。此外,Pd/ZnO传感器在220℃的工作温度下对CO表现更快的响应-恢复速度,优于单组分的ZnO传感器,这为CO气体的实际监测提供了一种可能。研究表明,Pd/ZnO传感器对CO灵敏度的提高主要归因于其多孔结构和贵金属Pd的催化活性以及电子敏化能力。图52幅,表24个,参考文献146篇。