纳米材料暴露的晶面是影响其物理和化学性质的关键因素之一。由于晶体表面能的最小化,在其生长过程中,反应活性高的晶面通常会迅速减小。因此可控地合成具有高活性晶面的无机单晶成为了难点和研究热点。TiO₂纳米材料由于具有独特的结构和理化性质,其在能源和环境领域等方面有着广阔的应用前景。其中具有高活性的{001}晶面TiO₂纳米材料的应用引起了人们的研究兴趣。目前,已报道的大部分工作都致力于{001}面TiO₂的可控合成和将其应用于光催化领域,而其在气敏传感器的应用上还处在起步阶段,因此有必要进一步地探究暴露{001}晶面的TiO₂纳米材料的气敏传感性能。本论文以HF作为表面活性剂,水热合成了具有不同{001}晶面暴露比例的TiO₂纳米材料并研究了其气敏性能,发现了其在低温下的反常p型响应以及其p型和n型气敏响应都具有晶面依赖的特点。本文主要内容如下:1.通过改变HF溶液的量来控制TiO₂纳米晶{001}晶面的暴露比例,当HF的体积量分别为0mL、1.5mL、2mL、3mL时,对应的{001}晶面暴露比例分别为24.8%、36.4%、49.7%、76.5%。当继续增加HF的量时,{001}晶面暴露比例开始降低,即3 mLHF制备的样品具有最佳暴露比例。2.针对基于3 mL HF制备的样品的气敏传感器,我们发现在室温到120 ℃的温度范围内出现了反常的p型响应,这种反常的p型气敏响应是少见的。我们将这种反常的p型气敏响应归因于乙醇分子与TiO₂样品表面吸附的水分子之间的质子转移机制。3.详细研究了不同暴露比的{001}晶面TiO₂气敏传感器对乙醇的气敏特性,发现TiO₂纳米晶在250 ℃以上都表现出有规律的n型气敏响应,在室温-120 ℃下都表现出异常的p型响应。更有趣的是,p型和n型气敏响应都表现出晶面依赖的特点,即随着{001}晶面暴露百分比的增加,对应样品的p型和n型气敏响应强度都明显提高。4.针对TiO₂纳米材料的晶面依赖的p型和n型气敏传感机理提出了一些新的见解。晶面依赖的p型传感机制归因于随着TiO₂样品{001}晶面暴露比的增加,其表面所吸附的水分子数量也随之增加。而TiO₂晶面依赖的n型气敏机制可归纳为两方面,即随着样品{001}晶面暴露百分比的增加,其吸附乙醇分子和表面氧物种的能力的增强以及吸附的氧物种从O-变化到O₂-。本文工作为纳米材料的晶面依赖效应的气敏响应机制提供了一些新的思路,通过对材料进行特定晶面的暴露有助于设计高活性的气敏传感材料。