【摘 要】
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随着工业化和城市化的发展,人民生活水平不断提高,但经济快速的发展同时也给自然环境带来了极大的破坏,尤其是大气污染问题己经成为当今社会极为关注的环境热点问题。基于金属氧化物半导体的气体传感器具有结构简单、灵敏度高、操作方便和可实时在线检测等特点,在环境监测、家庭安全、公共医疗保障、工业生产等领域得到了广泛的应用。基于P型金属氧化物半导体气体传感器具有低湿度依赖性、快速响应以及对挥发性有机化合物（VO
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随着工业化和城市化的发展,人民生活水平不断提高,但经济快速的发展同时也给自然环境带来了极大的破坏,尤其是大气污染问题己经成为当今社会极为关注的环境热点问题。基于金属氧化物半导体的气体传感器具有结构简单、灵敏度高、操作方便和可实时在线检测等特点,在环境监测、家庭安全、公共医疗保障、工业生产等领域得到了广泛的应用。基于P型金属氧化物半导体气体传感器具有低湿度依赖性、快速响应以及对挥发性有机化合物（VOCs）独特的催化活性,使得它们成为设计高性能VOCs气体传感器的理想选择。然而由于其固有的导电模式,导致其对大多数气体的灵敏度较差,因此采用合适的改性方法来优化P型氧化物半导体传感器的性能具有重要的研究意义。在不同的金属氧化物半导体之间的异质结（如p-n结和p-p结）可以通过促进目标气体的反应（化学敏化）或对电阻进行调制（电子敏化）来提高传感器对目标气体的选择性和灵敏度。基于上述原因,本文以典型的P型氧化物半导体Co3O4为基体传感材料,通过构筑氧化物-Co3O4纳米异质结构来实现传感器性能的提升。主要研究内容如下:首先,我们通过水热合成技术制备了纳米颗粒自组装成的CoWO4-Co3O4纳米异质结球状结构,结合Co3O4优异的催化特性以及异质结对载流子的调控作用实现了传感器性能的提升。气敏测试结果表明:基于CoWO4-Co3O4（W/Co=30 at%6）纳米复合材料的气体传感器在200℃时对100 ppm二甲苯的响应可以达到51.6。此外,该传感器还显示出对诸如乙醇（Sxylene/Sethanol=6.6）等干扰气体的低交叉响应和ppb级检测限（300 ppb）。此外,基于CoWO4-Co3O4纳米复合材料的传感器还显示出了良好的长期稳定性以及抗湿性能。为了进一步提高传感器对二甲苯的选择性以及降低检测下限,通过简单的一步水热法合成了纳米结构SnO2-Co3O4复合传感材料,并对所制备的传感材料进行了表征以及传感特性的研究。气敏测试结果表明:基于SnO2-Co3O4（Sn/Co=15 at%）纳米异质结构的气体传感器对二甲苯具有良好的选择性（Sxylene/Sethanol=12.4,Sxylene/Sacetone=9.7）和较好的稳定性,在175℃时对100ppm二甲苯的响应为101.9,约是纯Co3O4基传感器响应的16.4倍,并且其检测下限可以低至50 ppb。与纯Co3O4气体传感器相比,SnO2-Co3O4以及CoWO4-Co3O4纳米复合材料气体传感器的性能得到明显改善,这主要是由于异质结的存在对载流子的调控作用。除此之外,结合透射电子显微镜（TEM）、比表面积测试（BET）以及X-射线光电子能谱（XPS）等表征结果可以看出,复合氧化物敏感材料的结构参数得到明显的优化,更大的比表面积和更多的表面吸附氧数量对传感器性能的提升同样起到了不可忽略的作用。
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