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工业的发展使各类有毒有害气体、烟雾、粉尘等排放至大气中,造成了大气污染,破坏了人类生存环境。氧化物半导体气体传感器具备便携、价廉、稳定性强等优势,成为了气体传感器领域探究的热点,如何提高氧化物半导体气体传感器的气敏性能依然是重要研究方向。气敏材料是气体传感器的核心内容之一,二氧化锡（SnO2）作为一种n型半导体氧化物,具备原材料丰富、低成本等优势,最终选择SnO2作为气敏材料进行研究。对于SnO2基传感器,SnO2材料中电子浓度的变化是气体表面化学吸附的结果,其气体敏感性能与材料的表面性质密切相关。传统的二氧化锡材料由于粒子团聚过于致密,不利于气体的吸附,导致诸如灵敏度低,响应和恢复时间长,功耗高等缺陷。因此,为了提高其敏感性能,未来SnO2半导体材料的研究将朝向多维化、分层化、多孔化和有序化等方向发展。其次,掺杂贵金属元素也是发展方向之一。因此,本论文以SnO2作为气体敏感材料,对其进行表面形貌调控,构筑了三维有序多孔的纳米结构,提高了待检测气体的利用率。同时,结合掺杂元素进行改性,优化SnO2敏感材料的响应功能,实现了二氧化锡基气体传感器敏感性能的提升。具体研究内容包含以下三部分:一、通过简单的模板法制备了不同直径（103 nm、546 nm、1030 nm）的三维有序多孔二氧化锡纳米材料。电子扫描显微镜（SEM）图像证明成功合成了分布均匀的三维有序多孔SnO2纳米结构,同时使用X射线粉末衍射（XRD）、能量色散光谱（EDS）和X射线光电子能谱（XPS）对材料的晶体结构和元素组成进行表征分析,证实合成了纯的SnO2纳米材料。在较低工作温度（220℃）下,基于103 nm多孔有序SnO2纳米材料传感器对甲醛（HCHO）的灵敏度（30/100 ppm）最高,响应/恢复时间（3/10 s）最快。相比之下,546 nm SnO2纳米材料对甲醛的灵敏度为24/100 ppm,响应/恢复时间为3/17 s,1030 nm SnO2纳米材料的灵敏度仅仅为10/100 ppm,响应/恢复时间为6/20 s。这三种传感器都显示出良好的长期稳定性、可重复性和线性度。因此,减小多孔SnO2的直径可以有效提高其对HCHO的气敏性能。气体敏感度的提高归因于三维有序的多孔结构带来的更大的比表面积和更多的氧空位。二、利用模板技术成功合成了 3 at%Ga掺杂的三维有序多孔SnO2（记作3 at%Ga-doped 3DOPS）,并将其与纯的三维有序多孔SnO2（记作3DOPS）和纯SnO2纳米粒子（记作SnO2 NPs）的气敏性能进行了比较。而且将所制备的材料进行了一系列表征分析,SEM表征显示合成了三维有序多孔的二氧化锡纳米结构,XRD、EDS和XPS确定了 Ga元素成功掺杂入材料中。在有序多孔结构和掺杂剂对SnO2纳米材料共同作用下,3 at%Ga-doped 3DOPS显示出最大的比表面积（61.58 m2/g）,而 SnO2 NPs 的比表面积仅为 38.60m2/g。基于 3 at%Ga-doped 3DOPS的传感器在低温（210℃）下对甲醛（HCHO）表现出较低的检测下限（2/0.1 ppm）和更高的灵敏度（55/50 ppm）,是基于纯SnO2 NPs传感器的灵敏度（8.5/50 ppm）的6.5倍。而纯3DOPS传感器的灵敏度（18/50 ppm）仅是纯SnO2NPs传感器的2倍。此外,3 at%Ga-doped 3DOPS传感器显示出极快响应时间（2秒）和优良的选择性。通过三维有序多孔结构带来的比表面积和孔隙率的增加,以及金属元素Ga修饰表面结构,最终实现了传感器敏感性能的大幅提升。三、采用模板法制备了孔径可控（孔径分布在50 nm,800 nm和1200 nm左右）的纯和掺杂镱（Yb）元素的三维有序多孔SnO2材料。氮吸附和XPS结果显示,掺杂3 at%Yb孔径为51.3 nm有序多孔二氧化锡（51.3 nm SnO2/3%Yb）显示了最大的比表面积（70.08 m2/g）和最多的氧空位占比。在低的工作温度108℃下,51.3 nm SnO2/3%Yb传感器对50 ppm甲醛的灵敏度是95,是1228.0 nm SnO2/3%Yb 传感器灵敏度（27/50 ppm）的 3.7 倍,是 806.0 nm SnO2/3%Yb传感器灵敏度（45/50 ppm）的2.1倍,同时是纯57.3 nm SnO2传感器灵敏度（40/50 ppm）的2.4倍。然而,纯57.3 nm SnO2传感器的灵敏度只是纯的1231.0 nm SnO2传感器的灵敏度（13.5/50 ppm）的2.9倍,是纯的832.1 nm SnO2传感器灵敏度（30/50 ppm）的1.2倍。特别值得注意的是,51.3 nm SnO2/3%Yb传感器的最低甲醛（HCHO）检测浓度降低至50 ppb,灵敏度为3.5。此外,51.3 nm SnO2/3%Yb传感器还表现出高线性度（50 ppb-200 ppm）、快的响应时间（2秒）和良好的选择性。通过对比分析,对于同种SnO2纳米材料,孔径越小,其气体敏感性能越强,在Yb掺杂的作用下,气体敏感性能的提升随着孔径的减小而更加明显。此外,相同孔径的SnO2纳米材料,掺入Yb后,其气敏性能也明显提升。