氧化锌(ZnO)由于其3.37eV宽禁带和60 meV的大激子结合能而具有优异的电学和光学性能,是一种很有前途的材料。由于其优异的性能,Zn0在太阳能电池、发光二极管、气体传感器等多种光电器件中有着广泛的应用前景。作为一种气体探测器,由于其合成方便、热稳定性好、化学稳定性好等优点,受到了人们的广泛关注。此外,Zn0由于它的大部分性质和应用都依赖于掺杂已经成为一种重要的材料,而且,这种有前途的材料可以生长成不同的形貌和形状,如纳米颗粒、纳米棒、纳米管、纳米线、纳米粒子等。Zn0因其表面改性的可调谐带隙被广泛应用于许多新型器件中。此外,可替代能源的开发也是当今研究的热点。氢以其环境友好的特性,成为未来能源市场中最适合替代化石燃料的能源之一。析氢反应(HER)被认为是生产清洁氢能最经济、最有效的方法。第一章简要介绍了气体传感器、气体传感机理、半导体气体传感器、Zn0气体传感器的重要性、Zn0的一般特性、量子限制效应、Zn0中的掺杂和编码、电催化析氢反应、HER机理、HER的重要参数以及本文的目的。第二章讨论了Zn0纳米粒子和纳米棒的合成、表征及其在丙酮气体检测中的应用。采用低成本有效的湿化学法制备了Zn0纳米粒子和纳米棒。然后用X射线衍射和透射电镜对其结构和形貌进行了表征。然而,光学性能是通过紫外-可见近红外光谱和荧光光谱来检测的。XRD谱中的所有特征峰都证实了Zn0的六方纤锌矿结构。此外,在紫外可见光谱和荧光光谱中,与Zn0纳米棒相比,Zn0纳米粒子具有明显的蓝移,因为它的尺寸较小。最后,基于对Zn0纳米粒子和纳米棒气体传感器的动态响应恢复特性表明,在250℃的最佳工作温度下,Zn0纳米粒子的丙酮气敏性能优于其对应的纳米颗粒。第三章报道了通过改变掺杂浓度的单相Ni/Co共掺杂ZnO纳米粒子的可调谐带隙工程。利用紫外-可见近红外光谱、荧光光谱、透射电镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱对预先合成的未掺杂和掺杂的ZnO纳米粒子进行了表征。在吸收光谱中发现,Ni/Co共掺杂ZnO纳米粒子的蓝移为15 nm。此外,ZnO纳米粒子的能带(3.55eV到3.71eV)随掺杂浓度的变化而变化。在荧光光谱中,由于本征缺陷的减少,共掺杂样品的绿光发射峰强度明显降低。我们的结果显示Ni和Co共掺杂不仅改善了ZnO纳米粒子的结构和光学性能,而且这些纳米结构也潜在的可应用于未来光电子器件。在第四章中,我们报道了在反应过程中,通过调节pH值在12和14,水热法合成了三氧化二铁(Fe2O3)纳米粒子。用X射线衍射和透射电镜对样品进行了结构和形貌表征。用X射线光电子能谱对现有化学成分进行了表征。最后,用电化学测试方法对Fe2O3纳米粒子的催化性能进行了评价。线性扫描伏安结果表明增强的HER性能,在pH为12和pH为14的条件下,在10 mAcm2时,Tafel斜率分别为140 mV/Dec和144 mV/Dec,过电势值分别为321 mV和423 mV。此外,循环伏安曲线显示了我们的合成材料在1000次循环后的仍具有良好的稳定性。我们的工作为开发廉价的非贵金属电催化剂用于催化析氢反应提供了一条新的途径。