发展高灵敏、快速响应恢复、低检测下限、良好选择性和稳定性的气体检测手段一直备受关注,对人民健康生活保障和社会发展进步具有重要作用。大型高精度气体检测仪器囿于其成本高昂、体积大型、操作严格和复杂耗时等缺点而使用受限,难以实现对污染气体的现场实时监测。因此,迫切需求开发快速响应、高灵敏度、低廉成本的气体传感器对环境实时监测。其中,氧化物半导体气体传感器具有结构简单、集成化和小型化等优点而便于在线实时监测。本文以三氧化钨（WO3）为敏感材料主体,针对难脱附性还原性气体（如甲苯、硫化氢或三乙胺）的检测,通过对微纳米结构的维度、形貌、晶体结构以及功函数的调控,结合碳修饰、贵金属与非金属碳的共修饰和异质结构筑等策略,优化了传感器的识别功能、转换功能和敏感体利用率,最终实现了对有毒有害气体在低浓度或高湿度环境下的快速实时监测。本文主要研究内容如下:1.通过在溶剂热的过程中调节形貌导向剂乌洛托品（HMT）与氯化钨（WCl6）的比例,实现对WO3微观形貌由微米花、纳米片、到纳米颗粒的维度调控。着重研究了气敏特性较好的WO3纳米颗粒的气敏特性。通过合适的煅烧温度,得到尺寸约为50 nm的单分散WO3纳米颗粒。煅烧温度过低则WO3结晶性欠佳、烧结温度过高则纳米颗粒出现团聚,两者均会对传感器性能造成不利影响,因此确定最佳煅烧温度为500°C。通过对比所制备样品的气敏结果可知,基于单分散WO3纳米颗粒的传感器在225°C对100 ppm甲苯表现出高响应值（132.0）、良好的选择性、抗湿性和快速响应（2 s）/恢复（6 s）速度。但相较于其他样品而言,展现出最佳传感特性样品的吸附氧含量最低,说明在本实验中样品的吸附氧含量不是影响传感特性的主要原因。因此,基于单分散WO3纳米颗粒传感器的性能提升归因于单分散纳米颗粒构成的敏感层的疏松结构、以及纳米颗粒的高结晶性和丰富的晶界引起的高基线电阻。2.利用醇溶剂中碳原子数目的不同（标记为C1、C2、C4与C6）,通过一步溶剂热法结合高温煅烧制备出具有不同晶面强度比例的微观形貌。当C数为1、2、4和6时,样品在400°C煅烧后分别得到由纳米颗粒紧密堆积而成的微球、由纳米颗粒自组装而成的疏松多孔微米片花、由纳米薄片构成的片花和由纳米棒组成的棒花结构WO3粉体材料。XRD测试结果表明,C1、C2,C4制备的样品具有相同的晶相,C6的晶相发生明显变化。传感特性的测试结果表明C2样品对三乙胺目标气体具有最高的灵敏度,因此,着重研究了具有相同晶相的C1、C2、C4样品的传感特性。气敏特性的测试结果表明,C1、C2、C4样品展现出不同的最佳工作温度,C2样品的最佳工作温度最高（325℃）,且在400℃的煅烧温度下对三乙胺表现出高响应、杰出的气体选择性、快速的响应恢复时间（3 s/5 s）和较低的检测下限（200 ppb）。这主要归因于C2样品具有双峰孔道结构,有利于目标气体在传感材料中的传输,提高利用率,从而增强传感器的灵敏度。并且,对比C1、C2和C4的功函数则发现,其晶面强度比例与功函数存在一定关系。由于C2的（002）面的晶面强度比例最低,所以该材料的功函数（4.17 e V）高于C1（3.81 e V）与C4（3.80 e V）的功函数,与最佳工作温度成正相关的关系,且C2材料具有最高的基线电阻值。另外,C2材料的纳米颗粒之间存在着清晰且丰富的晶界,有利于传感器电阻的调控及与目标气体的反应,从而使传感器具有最高的灵敏度。此外,煅烧温度也是影响形貌的重要因素。通过改变C2的烧结温度,同样可以发现,300°C低温烧结时样品的结晶性略差。当烧结温度上升为400°C时,纳米纤维消失并变为纳米颗粒。当烧结温度过高时,晶体继续生长,晶界变模糊。因此,C2溶剂有利于高功函数、孔道丰富的WO3粉体材料的合成,结合最佳的煅烧温度,使材料具有清晰且丰富的晶界,实现了对三乙胺气体的高灵敏、低检测下限及快速的响应/恢复。3.通过设计C修饰WO3敏感材料构筑抗湿性高和长期稳定性好的硫化氢传感器。硫化氢检测存在的主要问题是恢复迟滞、稳定性欠佳以及在高浓度下长期工作可能导致器件不可逆中毒。我们在一步溶剂热时加入适量葡萄糖于WCl6中,结合最佳煅烧温度,得到碳修饰的珊瑚状WO3,并赋予材料双峰孔道结构。葡萄糖的加入可缓解高温处理后WO3聚集生长。珊瑚状WO3直径约为1μm,具有丰富的介孔和大孔结构。碳修饰在一定程度上避免小颗粒团聚进而保持珊瑚状WO3的独特形貌,保证了敏感材料的利用率;碳作为电子受体和给体,促进电子在W与O之间的传输,使W6+组分增多,提高了传感材料的催化活性;C与W在界面形成异质结,增强了对目标气体的吸附使其具有更多的吸附和反应位点,并且功函数变大;最后,碳修饰对目标气体具有强烈的吸附性以及其良好的疏水性,因此基于C修饰WO3材料的传感器表现出良好的抗湿性。除此之外,该传感器不论在低浓度还是高浓度的硫化氢中,其响应/恢复时间几乎不受影响。经过为期42天的长期稳定性测试后,传感器的响应值衰减小于5.7%。可见,通过碳改性WO3,不但有利于传感材料具有疏松多孔的结构,并且可以全面提高传感器的抗湿性、稳定性及响应与恢复速度,为高性能硫化氢传感器的制作提供了一种新策略。4.结合上一工作,在C改性的基础上进一步研究Pd O掺杂WO3-W18O49对三乙胺气体检测的影响。测试结果表明,该传感器具有超低检测下限（50ppb）、高抗湿性、优异的长期稳定性及快速的响应/恢复（～2 s）。我们通过一步溶剂热以及高温煅烧制备海胆状C/Pd O共掺杂的WO3-W18O49材料,尺寸大小约2μm,由直径为～15 nm的纳米纤维自组装而成。纳米纤维的自组装形成大孔,可以提供丰富的活性位点并促进目标气体扩散。由气敏特性的测试结果可知,纯WO3对100 ppm三乙胺的恢复时间为546 s,可检测的最低浓度为3 ppm;Pd O修饰后响应值提高约3倍,检测下限降低至800 ppb;进一步C修饰后响应值略有降低,但检测下限优化为50 ppb。C改性结合Pd O修饰的传感器在为期19天的长期稳定性中表现良好,响应值波动较小,并且仍然具有快速的响应恢复速度。可见,C修饰结合贵金属掺杂,有利于检测下限的改善、抗湿性的提高及响应/恢复时间的缩短,为传感器的性能优化提供了新的视野。