半导体金属氧化物型气体传感器以成本低、性能好、操作简单的优点,备受大家的青睐。众所周知,材料的形貌和微观结构对气体传感器的性能有很大的影响。对于单一的金属氧化物材料还存在着选择性差,灵敏度低的缺点。本文以ZIF-8为自牺牲模板和前驱体,围绕不同组成与结构的ZnO半导体金属氧化物型气体传感器的制备与气敏性测试开展工作。首先,在空气中煅烧制备了具有中空结构的ZnO半导体金属氧化物材料。其次,以ZnO中空多面体纳米材料为基底对材料进行改性,即将贵金属修饰到半导体金属氧化物的表面,利用贵金属的化学作用和电子作用提高材料的气敏性能;利用原位掺杂的方法合成Co掺杂的ZnO材料,形成局部的异质结构提高材料的气敏性能。主要研究内容包括:1.自牺牲模板法合成ZnO中空多面体纳米材料。利用XRD、SEM、TEM、BET等表征方法对Zn O中空多面体纳米材料组成、形貌、结构进行了表征。以ZnO作为敏感材料制成了气敏元件,并进行气敏性能的测试。实验结果表明:ZnO中空多面体材料对丁醇气体有极好的响应,证明该材料在丁醇气体传感器方面具有一定的应用价值。2.贵金属修饰半导体表面的方法提高ZnO对丁醇的气敏性能。利用光沉积的方法成功的制备了Pt修饰的ZnO中空多面体纳米材料,并进行了气敏性能测试。光沉积的方法不需要对材料表面进行预处理和煅烧、无污染、合成步骤简单等优点。Pt的修饰使ZnO传感器对丁醇的响应有了明显的提高。在204 ~oC的最佳工作温度下,Pt修饰后的ZnO传感器对100 ppm的丁醇的响应值约是未修饰的ZnO的2倍。性能提升的主要原因是Pt的电子作用和化学作用。3.利用掺杂的方法对ZnO材料进行改性。采用原位掺杂的技术得到了Co掺杂的ZnO中空多面体纳米结构,并研究了掺杂量对ZnO敏感特性的影响,确定最佳的掺杂比例。结果表明,Co掺杂后的ZnO传感器的响应度有明显的提升,其中5 wt%Co掺杂的ZnO中空多面体的气体传感器对丁醇响应度最高。响应度提升的主要原因是:形成了局部的异质结构,能带发生弯曲,形成势垒导致材料的初始电阻增加,使得材料在接触丁醇气体前后电阻变化率变大,响应度增加。