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工业生产的迅速发展在推动经济和社会不断进步的同时，也给环境造成了越来越严重的影响，各种空气污染物（包括室内空气污染物、挥发性有机污染物等）成为危害人们身体健康的重要因素之一。气体传感器是检测各种气体组分与浓度的有效手段，面对越来越复杂的空气污染物，发展高灵敏度、选择性好、稳定性优异的新型传感器具有重要价值。近年来，基于纳米半导体材料的气体传感器成为研究的热点，但目前仍然存在如下几个问题：1）常规结构的纳米半导体材料容易相互层叠覆盖，难以在气敏过程中有效发挥其纳米效应的作用：2）对纳米半导体材料进行掺杂修饰是一条提高传感器性能的有效途径，然而纳米尺度下的掺杂效率往往较低，亟待发展高密度功能化修饰方法。本论文正是针对上述关键问题开展研究，主要内容及创新点如下：
1)以自然界中的珊瑚为原型，通过水热法合成了一种仿珊瑚结构的SiO2纳米材料。该仿生结构不仅空心多孔，而且各个触角之间能够相互支撑，使得即使是位于深层的活性位点也可以得到充分利用，促进了气体吸脱附过程的进行，因而有效地解决了纳米材料相互层叠使活性位点利用率不高的问题，可有效发挥纳米小尺寸效应等对提高灵敏度的作用。
2)首次制备了一种原位生长金纳米颗粒修饰的仿珊瑚结构SnO2纳米材料，利用贵金属纳米颗粒作为气敏反应的催化活性中心降低能垒，并且提高纳米材料的比表面积，大大提高了对挥发性有机物的响应灵敏度。
3)探索了一种基于等离子体辅助的高密度掺杂纳米半导体材料的方法，分别成功制备了In2O3、TiO2高密度掺杂的仿珊瑚结构SnO2纳米材料，发现In2O3/SnO2纳米材料气体传感器对氯苯选择性识别效果好，TiO2/SnO2纳米材料拥有光催化自清洁性能，检测室内空气污染物发现其具有良好的长期稳定性。
随着日益突出的气体环境污染问题，对于气体污染物的检测将更加重要，本论文取得的一些研究成果有望为探索新型结构纳米敏感材料及其高效修饰方法奠定基础，发展出的新型纳米气体传感器对于气体环境污染物的检测具有良好的潜在应用价值。