采用液相法和气相法来制备氧化锌（ZnO）纳米材料，研究了反应物组成、反应时间、反应温度、pH等条件对产物形貌和暴露晶面的影响。将其制备成旁热式气体传感器并测试其气敏性能，比较研究了材料的形貌和暴露晶面的改变对气敏性能的影响。借助于第一性原理计算，理论与实践相结合研究ZnO暴露晶面与气敏性能的关系，最终不仅实现了对特殊结构ZnO材料的可控制备，显著地提高了其气敏性能，还为人们进一步理解ZnO材料的气敏机理提供了新的指导。本论文取得的具体研究成果如下：1.采用无模板液相法，成功地制备出ZnO yolk-shell（蛋黄-蛋壳）微球。通过表征可知，反应中首先形成柠檬酸锌微球，随着陈化时间从0h延长到24h，依次出现柠檬酸锌实心微球、yolk-shell微球和空心微球，经过煅烧后即可获得相应的ZnO微球。对生长机理进行分析，推测柠檬酸锌微球结构的演变符合Ostwald熟化模型，最终导致微球内核消失、直径增大、壳壁变厚。气敏性能测试结果表明ZnO yolk-shell微球比实心微球和空心微球具有更好的乙醇敏感性能，在工作温度330℃下，ZnO yolk-shell微球对50ppm乙醇气体的灵敏度为52.9，而实心和空心微球的灵敏度分别为15.4和32.7。2.采用方便的碳热还原法，在不使用管式炉、不控制反应气氛的条件下，于马弗炉中、空气环境下成功地制备出仿生巢状ZnO。通过表征可知，这种巢状结构的形成是以反应原料Zn粒为模板。随着反应温度的增加，Zn粒从外到内逐渐被氧化，由于反应过程中气体的生成，以及Zn蒸气浓度的变化，最终形成了内部中空、壳壁多孔且带“刺”的独特复合结构，壳壁上的“刺”为ZnO纳米棒。经过气敏性能测试可知，ZnO巢状复合结构比单纯的ZnO颗粒、纳米棒和空心球具有更好的敏感性能。在工作温度330℃下，对50ppm乙醇气体的灵敏度为100.6，这主要是因为巢状复合结构更有利于气体的吸附和扩散，使得其较大的比表面积能够被充分利用。3.采用两步水热反应法，在不使用表面活性剂和模板的情况下，仅通过调节溶液的pH值实现了ZnO微结构的转变。由表征结果可知，第一步水热反应生成了氯水锌矿（Zn5(OH)8Cl2·H2O）较小的六方片，然后随着溶液pH值的增大，这些六方片沿着其C轴方向层层堆叠，经过煅烧以后，最终形成了ZnO六方片、六方棱台、六方棱柱和六方棱锥。这种结构的转变，导致ZnO（0001）晶面在总暴露面中的比例逐渐降低。气敏性能测试结果表明，以（0001）晶面为主暴露晶面的ZnO六方片的气敏性能最好，工作温度为330℃时，其对50ppm乙醇气体的灵敏度分别是六方棱台、六方棱柱和六方棱锥的2倍、3倍和6倍。在上述几种结构比表面积相差不大的情况下，ZnO六方片的优异敏感性能与暴露的（0001）晶面密切相关，这是由于（0001）晶面可以为气体分子的吸附以及后续的气敏反应提供更多的活性位。4.为了进一步明确ZnO暴露晶面与气敏性能的关系，采用两种不同的水热反应，设计制备出形貌相似、比表面积相近，而主暴露晶面分别为（0001）和（1010）的ZnO多孔纳米片。气敏性能测试结果表明：以（0001）晶面为主暴露晶面的ZnO纳米片比（1010）晶面为主暴露晶面的纳米片表现出更加优越的敏感性能，工作温度为330℃时，前者对50ppm乙醇气体的灵敏度为83.6，后者为28.4；前者对1ppm乙醇气体的灵敏度为3.9，而后者仅为1.4；前者气敏性能的长期稳定性也要好于后者。根据PL测试结果和ZnO的晶体结构特点，与（1010）晶面相比，（0001）晶面具有更多的不饱和悬挂键以及氧空位，将表现出更强的表面活性，进而增强气体分子在其表面的吸附并促进后续的敏感反应，导致材料气敏性能的显著提高。5.基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了乙醇、甲醇、甲醛、氨气、氢气、一氧化碳、氧气和二氧化氮等气体在ZnO（0001）和（1010）晶面的吸附行为。当吸附气体后，ZnO晶体的表面电子态密度均发生改变，在其带隙之间形成了明显的杂质能级，同时带隙较吸附前变窄，这是表面电导发生变化的主要原因；此外，由电子布居分析可知，ZnO与吸附的气体分子发生了部分电子转移，这种相互作用加强了ZnO表面对被测气体的吸附，促进了气体与表面化学吸附氧的反应，从而产生更多电子，最终实现ZnO对被测气体的敏感响应。