环境中的气体对人类的生产、生活等活动产生很大的影响,利用气体传感器对环境气体进行检测并及时报警,可有效的保障人类的活动安全。在众多气体传感器中,基于低维半导体纳米材料电阻式气体传感器具有成本低、灵敏度高、使用寿命长等优点。随着科技的发展,低功耗、便携式、微型化气体传感器成为趋势,高的工作温度会带来能量的消耗增加、器件的构造复杂,同时,气敏器件在检测可燃性的气体时,高温点有可能成为爆炸源,十分危险。因此,开展可在低温工作的气体传感器研究是十分重要的。由于在低温状态下气敏材料表面活性较低,待测气体通过吸附降低其表面势能比较困难,同时,随着工作温度的降低,传感器的响应时间也会相应增长,无法满足实际生活中的需求。因此,实现低温下快速灵敏的气体传感器的任务十分艰巨。本文面向工作温度为低温条件下的传感器的构建,以易燃易爆及环境污染的气体的检测为目标,通过探索研究气-固表面的吸附原理和电荷转移规律,分析了现阶段主流的机理模型,从物理机理的角度出发找到设计低功耗传感器的方法,进而开展了基于几种不同方法的快速、灵敏和高选择性的气体传感器研究,获得如下成果:1.在第二章中,基于贵金属Pt纳米颗粒对H2的催化离化作用及与In203界面形成纳米肖特基势垒,极大的降低了表面反应体系的活化能,制备了新型Pt修饰的In2O3纳米立方体复合材料。结果显示,相比于纯In2O3传感器,该Pt修饰的In2O3传感器实现了室温下对H2的检测,检测下限可达到0.5%vol。受益于In2O3纳米立方体之间的晶界势垒高度与电流强度的指数依赖关系,该传感器在H2的多次循环响应中表现出很好的重复性,响应偏差小于0.5%,进一步改善了传感性能。对0.5%vol的H2,该传感器的响应和恢复时间仅为36 s和70 s,在降低工作温度的同时保持了较快的响应速度。和热活化作用不同,室温下Pt的催化活化只作用于H2分子,因此该传感器在VOCs气体中对H2表现出优良的选择性。2.为了进一步改进氢气传感器的交叉灵敏度,在第三章中,选用了对H2更具优良催化作用的贵金属Pd纳米颗粒,利用Pd的储氢效应及与WO3界面的局域电子耗尽作用,在降低传感器工作温度的同时有效的保证了对H2的高灵敏度。结果显示,Pd修饰的W03传感器在低温下对0.3%vol.的H2响应高达843,为纯W03传感器的800倍。同时纳米片的结构提供了更大的比表面积和H2吸附位点,实现了更低浓度H2的检测(0.1%vol),响应和恢复时间仅为40 s和66 s,在还原性气体及VOCs气体中对H2表现出优良的选择性。3.除了化学修饰的手段,在第四章中,利用低价过渡金属Cr掺杂使得W03产生更多的缺陷态及非化学计量比的氧化物,增强了表面吸附氧的浓度,极大的降低了传感器对H2S的工作温度,为表面原子的转移提供了有利的途径,检测浓度可低至0.01%vol。同时,该气敏材料是由纳米片组装而成的具有分级结构的多孔、空心纳米球,克服了氧化物纳米颗粒因团聚导致的气敏性能下降的问题,有利于表面接触吸附反应中的电子转移。结果显示,在低温下Cr掺杂的W03传感器对0.1%vol的H2S响应为158,为纯WO3传感器响应的60倍。受益于H2S气体本身与W03及掺杂的氧化铬的键和作用,传感器在H2、CO等还原性气体及VOCs气体中对H2S表现出卓越的选择性及重复性。4.碳纳米管丰富的空隙结构和高表面能在传感领域具有巨大的应用潜力,在第五章中制备了两种不同结构的CNTs材料,将其直接生长在传感元件基底上以减小接触损耗,进行有机共价化修饰,导致材料电导和局域态密度的改变,有效的降低了传感器对CO2的工作温度。结果显示,受益于碳管交叉点及弯曲度协同作用,室温下无序型CNTs传感器对500ppmCO2的响应高达19.23%,为水平阵列型CNTs传感器响应的2.3倍;而水平阵列型CNTs传感器则表现出更快速的响应,响应和恢复时间仅为25 s。碳管表面修饰的伯胺基团对C02存在特定的吸附作用,因此修饰后的CNTs传感器展示出了比纯CNTs传感器更优异的选择性及重复性。