随着工业化及人类社会的发展,NO2、NH3等有毒有害气体已经成为我们在生产和生活中面对的危险来源之一。因此,研究和开发高度敏感的气体传感器,对有毒、有害气体进行检测、监控和报警,具有重要的应用价值和商业前景。二氧化钛是重要的过渡金属氧化物,具有优良的物理和化学性质,在气体传感器领域具有应用前景。本文设计合成了系列由高压静电纺丝法制备的纳米二氧化钛基复合纤维材料,通过控制形貌或修饰金属氧化物/贵金属的方式,提高二氧化钛活性,使制备的(复合)材料在室温条件下具有较高的灵敏度,是有潜力的工业集成化室温气敏传感材料。本论文主要研究内容如下:(1)采用高压静电纺丝法及热处理法,以嵌段聚合物P123为软模板,纺丝前驱体溶液的最佳陈化时间为6 h,制备疏松多孔的p型介孔TiO2棒状纳米材料。XRD及HRTEM表明,介孔TiO2由金红石相二氧化钛和锐钛矿二氧化钛组成,并且经MS测试可知样品为p型半导体。该棒状纳米材料在室温条件下对NO2气体有很高的灵敏度,重复性和选择性,当NO2气体浓度为100 ppm时,对应的灵敏度为76.6%,且响应时间和恢复时间都在0.7 s之内。(2)采用高压静电纺丝法制备纳米纤维,经煅烧过程除去高聚物PVP,制备出疏松多孔的p型In2O3-TiO2复合纳米纤维。当In2O3占14.3 at%时,由In2O3-TiO2复合纳米材料制备的薄膜气敏传感器,在室温条件下显示了优良的NO2气敏性能,灵敏度较高,重现性强,选择性好。当NO2浓度为97 ppm时灵敏度为41.1%,响应时间为3 s。In2O3-TiO2复合纳米材料的疏松多孔的结构以及较小的二氧化钛纳米颗粒均能产生更大的比表面积,提高灵敏度,而且,In3+的掺杂,不仅提高导电性而且产生更多的氧缺陷/氧空位,从而在室温下对NO2产生更高的气敏响应。(3)通过高压静电纺丝法及随后的两步加热煅烧方式成功制备多孔的In2TiO5-TiO2复合纳米管。室温条件下,当In2TiO5占12.5 at%时,具有较高的气敏性能,对应浓度为100 ppm的NO2气体具有稳定的响应,响应值为4.04,是同样条件下In2TiO5气敏传感器的响应值的20倍,同时,该气敏传感器在室温条件下相对于CO,H2,NH3,H2S和CH4气体,还具有优良的选择性。In2TiO5-TiO2气敏传感器的性能的加强归功于In2TiO5与金红石相二氧化钛的协同效应以及具有单晶金红石相二氧化钛的纳米管的特殊结构,它们的存在有利于载流子的移动,从而提高复合材料的灵敏度。(4)本文采用高压静电纺丝法,将H2PdCl4,钛酸四丁酯和PVP制成的前驱体溶液进行纺丝,在氮气与空气混合气体条件下煅烧后还原,制成不同Pd含量的Pd/TiO2复合材料。与纯TiO2材料相比,所有复合材料均产生明显的NH3响应,并且Pd占2 wt%的复合材料的NH3气敏性能最佳:当NH3浓度为100 ppm时,灵敏度达到6.97。并且在室温条件下,对Pd/TiO2纳米纤维与纯TiO2纳米纤维制成的气敏传感器,在接触氨气前后的傅里叶-红外光谱图及XPS光谱图的变化情况进行分析。分析结果表明,金属Pd的引入能够产生电子敏化作用与化学敏化作用,提高传感器表面的电子交换速度与范围;同时,还能够诱导产生路易斯酸中心和布朗斯特酸中心,增加氨气与材料间相互作用的活性位点。不仅如此,煅烧后残留的C,N元素能够与Pd元素产生协同效应,从而倍增该NH3传感器的灵敏度。