近年来,随着环境、医疗、安全等领域对高性能气体传感器的不断需求,为气体传感器的发展提供契机,但如何设计并制作出灵敏度高,响应-恢复快以及稳定性好的气体传感器仍然是当前面临的重大挑战。众所周知,优异的传感材料是构建高性能气体传感器的基础,研究表明,半导体氧化物在对有毒、有害以及易燃、易爆气体的检测方面展现出独特的优势,使得半导体式气体传感器成为了气体传感领域的研究重点和热点。制约半导体氧化物敏感特性的识别功能,转换功能和敏感体的利用效率受其微观结构和形貌的影响。当今,快速发展的纳米技术为高性能气体传感器的构建提供了新的机遇。纳米结构半导体氧化物因其高的表面活性和高的表面利用效率,能够有效地提升气体传感器的性能。在众多的纳米结构中,中空结构的敏感材料由于具有大的比表面积,较低的密度,好的表面渗透性以及通透性,表现出较好的气敏特性。二氧化锡(SnO2)是一种典型的n型半导体氧化物,其易于合成以及对目标气体有明显响应等优点使其广泛的应用于气体传感器中。虽然有关SnO2气体传感器的研究取得重要的进展,但为了满足实际应用的要求,必须进一步提升其对待测气体的灵敏度。实际上,随着对如何提升SnO2敏感特性研究的不断深化,目前改性方法主要集中在异价阳离子掺杂、催化剂(贵金属)表面担载和复合氧化物异质结构的构筑。其中,利用半导体氧化物复合的方式所形成的异质结构复合氧化物能够有效调控表面的酸碱性、活性点密度、比表面积和空间电荷层宽度,明显改善了灵敏度。本论文通过水热法在无模板的条件下制备了中空Sn02纳米球,利用其结构优势,实现了“结构增感”;依据目标气体和传感材料的相互作用机制,在SnO2中空结构上修饰具有不同功函数和良好催化活性的第二组分,构建微纳尺度异质接触,进一步提升其敏感特性,实现了“改性增感”。主要研究内容如下:利用水热法在Sn02中空球表面复合CeO2纳米颗粒,构建了 Ce02/Sn02复合异质结构。利用SnO2与CeO2界面处形成的n-n异质结势垒以及Ce3+和Ce4+在不同气氛中相互转化,实现了对Sn02灵敏度的改善。气敏特性测试结果显示,在225℃条件下,基于CeO2/SnO2复合中空异质结构的传感器对100 ppm乙醇的灵敏度(37.0)是同样温度下单一组分的SnO2中空球(13.7)的2.7倍,这表明构筑CeO2/SnO2异质结构明显提升了SnO2的灵敏度。以SnO2中空球为基体材料制备了ZnO/SnO2异质结构复合材料,ZnO的复合过程分为两步:首先,在SnO2中空球的表面利用Zn2+水解的方法,经过烧结制备出ZnO种子层;然后,再通过水热法获得ZnO/SnO2异质结构复合材料。该复合材料对乙醇气体有很高的响应,而且在225℃时对30 ppm乙醇的灵敏度达到最高(34.8),是相同温度下SnO2中空球灵敏度(5.1)的6.8倍,实现了灵敏度的大幅度提升。此外,基于ZnO/SnO2复合中空球材料的气体传感器还具有响应-恢复快,检测下限低(达到ppb量级),长期稳定性好等优势。敏感特性提升的原因主要是ZnO和SnO2之间存在的异质结势垒高度在不同气体中有很大变化,对灵敏度的提升起主要作用;另外,复合后表面吸附氧的增加也有利于灵敏度的提升。