丙酮是最常见的有机挥发物（VOCs）之一,作为有机溶剂被广泛用于环境、化工、冶金等行业。一旦丙酮发生泄漏将会造成严重的后果,例如:人吸入过量丙酮会导致头晕、肢体麻痹的现象发生,严重时甚至会导致昏迷。此外,医学研究表明人呼出气体中的丙酮浓度与其是否患有糖尿病息息相关。因此,对丙酮气体的浓度进行监测与检测是非常有必要的。利用气敏传感器监测与检测丙酮气体是行之有效的办法之一,并且具有低成本、低能耗、高效率等优点,已被广泛应用于各行各业。气敏材料是气敏传感器中最关键的组成部分,提升气敏材料的性能是开发高效气敏传感器的首要任务,但由于不同材料的气敏机理缺乏统一的解释,因此气敏材料的开发还处于盲目阶段。本文将实验与理论计算结合起来,通过实验制备新型丙酮气敏材料并且借助第一性原理计算研究材料的气敏机理,提出改性原则,最终旨在对新型气敏材料的研发提供理论基础。本文通过实验制备了三元金属氧化物偏锡酸锌（ZnSnO3）,并且通过稀土金属La对其进行掺杂改性,制备了La掺杂的ZnSnO3（La-ZnSnO3）气敏材料。此外,建立了较为完善的ZnSnO3表面吸附模型,采用基于密度泛函理论（Density functional theory,DFT）的第一性原理计算研究了丙酮气体与材料表面的相互作用过程,提出了改性原则。此外,通过基于DFT计算的第一性原理计算方法预测了Ti原子掺杂石墨烯二维材料在检测丙酮气体方面的应用前景。本论文的主要研究内容和研究结果如下:（1）采用水热法成功制备了ZnSnO3材料。表征结果表明:本文制备的ZnSnO3是表面具有孔结构的纳米片材料,片边长约为80-200 nm。片状形貌和表面上的孔结构可以提供较大的比表面积和丰富的活性吸附位点。气体敏感性测试结果表明,ZnSnO3的灵敏度随着工作温度的升高而增加,最佳工作温度为350℃。灵敏度测试结果表明,ZnSnO3对浓度5 ppm丙酮的灵敏度为8.37,此外,ZnSnO3纳米片还具备优异的选择性和重复性。DFT计算结果表明,丙酮只能与预吸附O2-或O-的ZnSnO3材料表面发生相互作用。丙酮气体与预吸附O2-或O-发生化学反应生成中间产物的过程中伴随有大量的电荷转移,是材料对丙酮气体具有高响应值的主要原因,并且据此提出了改性原则。（2）采用水热法成功制备了稀土离子La掺杂的ZnSnO3气敏材料。表征结果表明,La微量掺杂并没有改变材料的晶体结构与形貌,并且在La掺杂影响下出现大量氧空位。气敏测试结果表明,当掺杂量为0.25 at%时,复合材料的气敏性能最佳。在最佳工作温度325℃下,对浓度为10 ppm和100 ppm丙酮的灵敏度分别为76.105,425.44,灵敏度分别为纯ZnSnO3的3.2和3.4倍。选择性测试表明:La-ZnSnO3对丙酮的灵敏度是其他四种VOCs的2倍以上。DFT结果表明,La掺杂可以降低表面氧空位形成能（E（Ov））从而促进表面氧空位产生,而氧空位可以通过活化表面,进一步促进O2在表面上的吸附。此外,掺杂的La还可以降低O2在表面上的解离能垒,使预吸附O2更解离为O单原子。表面上预吸附O2的增加与O2分解能垒的降低是La-ZnSnO3材料具有更高灵敏度的主要原因。（3）通过理论计算预测了一种Ti单原子掺杂的二维单层石墨烯对丙酮气体的响应能力。计算结果表明,Ti掺杂可以使石墨烯的带隙被打开,使Ti单原子掺杂石墨烯有望作为气敏材料。在CO、N2、CO2、C3H6O四种气体中,TG对C3H6O分子的吸附强度最高。对于C3H6O的吸附,最大|Eads|=0.755 e V。根据Bader电荷分析,TG是电荷供体,气体分子是电荷受体。TG和丙酮之间的电荷转移为0.248e,Ti的3d轨道和丙酮中的2p轨道O原子的轨道杂化表明原子之间存在化学键。因此,Ti掺杂的石墨烯有望用作丙酮气敏材料以响应复杂气氛中的丙酮气体。