基于金属氧化物纳米材料的电阻型气体传感器可用于检测和监测VOCs气体,并可广泛应用在室内外空气环境的监测以及疾病呼吸检测等领域。研究和提高金属氧化物纳米材料的气敏性能对气体传感器的发展和应用至关重要。金属氧化物纳米材料的气敏响应过程非常复杂,会受到不同因素的影响。本文选取最具应用前景的Zn O、Fe₂O₃和Co₃O₄纳米材料作为研究对象,分别对其暴露晶面、相组成、组装结构等材料微结构进行调控,研究上述特点对材料气敏性能的影响与作用机制,为金属氧化物气敏材料的设计提供实验依据与理论支持。首先,通过调节水热反应关键参数,制备出了同时具有优先暴露（0001）晶面和表面缺陷少等特点的Zn O纳米材料。研究发现（0001）晶面的原子结构特点是促进优先暴露（0001）晶面的Zn O纳米材料气敏性能提升（对100 ppm丙酮的灵敏度为21.6）的主要原因,这与其他报道中普遍认为的优先暴露（0001）晶面的Zn O纳米材料所具有的更多表面缺陷对气敏性能的提升作用有所不同。其次,利用MOFs材料作为模板,实现了对Fe₂O₃纳米材料相组成的调控,分别制备了γ-Fe₂O₃、混合相（α-Fe₂O₃和γ-Fe₂O₃）以及α-Fe₂O₃纳米材料,对100ppm正丁醇的灵敏度分别为4.3、8.5和10.3。进一步研究证明了α-Fe₂O₃和γ-Fe₂O₃具有不同的气敏响应机理。α-Fe₂O₃的气敏性能主要源自不同气氛中,材料表面自由载流子浓度的不同而引起的材料电阻的改变。γ-Fe₂O₃对VOCs的气敏性能则主要来自在还原性气氛中,γ-Fe₂O₃向Fe₃O₄的转化。此外,使用反胶束微乳液与溶胶凝胶相结合的方法成功合成了ε-Fe₂O₃纳米材料,发现亚稳相ε-Fe₂O₃的气敏性能与α-Fe₂O₃更为接近。最后,分别使用MOFs材料Co₃（Co（CN）₆）₂和ZIF-67作为模板,实现了对Co₃O₄纳米材料组装结构的调控。研究发现由MOFs模板所得到的组装结构对金属氧化物纳米材料的气敏性能有明显促进作用,所制备的多孔Co₃O₄对100 ppm正丁醇的灵敏度高达80.8。使用ANSYS软件对VOCs气体在不同结构气敏材料层中的扩散状态进行CFD模拟仿真,证明了组装结构有助于促进VOCs在气敏材料层中的深入扩散。研究发现可通过改变钴离子和2-甲基咪唑的摩尔比,在室温下实现对ZIF-67晶体形貌的调控。进一步研究发现,组装体的形状和大小对金属氧化物的气敏性能有显著影响,其中具有更多比例的纳米颗粒分布在组装体表面的纳米材料气敏性能更为优异。