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气体传感器是获取气体浓度或种类信息的关键器件,在环境监测、安全监控、智能家居和智慧医疗等众多领域都具有重要应用。其中,基于导电聚合物传感材料的气体传感器具有成本低廉、制作工艺简单、工作温度低、选择性好等优点,是发展低功耗、高性能气体传感器的有力备选,受到了广泛关注和研究。本论文以聚苯胺(PANI)导电聚合物为基体传感材料,利用水热合成法、静电纺丝法、原位化学氧化聚合法,分别构建了基于PANI/Au/SnO2空心纳米球、PANI/Rh/SnO2空心纳米管、PANI/Mo S2纳米片/SnO2纳米管和PANI/SnO2/Zn2SnO4多孔纳米球的室温氨气(NH3)传感器。并通过氧化物纳米结构调控、二维纳米结构组装、贵金属修饰和异质复合策略,有效地改善了PANI传感器的灵敏度、检测下限和响应恢复特性。对所制备的传感材料进行了结构和形貌表征,并系统地研究了增敏机制,具体研究内容如下:(1)采用氧化物纳米结构调控和贵金属修饰的策略,分别制作了基于PANI/Au/SnO2空心纳米球传感材料的低检测下限室温NH3传感器和基于PANI/Rh/SnO2空心纳米管传感材料的高灵敏室温NH3传感器。首先,通过水热合成法、浸渍法和原位化学氧化聚合法制备了PANI/Au/SnO2空心纳米球传感材料,并制作了基于PI衬底的平面式室温NH3传感器。气敏测试结果表明,与基于PANI传感材料的传感器相比,基于PANI/2%Au/SnO2传感材料的传感器对NH3的响应值提高了2倍,且具有极低的检测下限(10 ppb)。其次,利用静电纺丝法和原位化学聚合法构建了基于PANI/Rh/SnO2空心纳米管传感材料的室温NH3传感器。研究结果表明,当Rh添加量为0.5 mol%时,所制作的传感器在室温下表现出最好的NH3敏感性能,对100 ppm NH3的响应值达到13.6。值得注意的是,在连续弯曲500次后,传感器对50 ppm NH3的响应值仅衰减了13%,展现出良好的耐弯曲特性,为柔性可穿戴气体传感器的研制进行了初步探索。气敏性能的提升主要归因于贵金属对NH3分子的高催化活性和PANI-SnO2异质结的协同增感效应。(2)利用二维纳米材料载流子传输能力好的特点,通过氧化物纳米结构设计和二维纳米材料组装策略,构建了基于PANI/Mo S2纳米片/SnO2纳米管传感材料的室温NH3传感器,有效提升了传感器的灵敏度和响应速度。采用静电纺丝法、水热法和原位化学氧化聚合法制备了PANI/Mo S2纳米片/SnO2纳米管复合传感材料。通过XRD、XPS、TGA-DSC、BET和SEM/TEM对传感材料的结构、形貌、热稳定性和比表面积进行了表征,SnO2是直径约为400 nm的空心管状结构,Mo S2纳米片和PANI纳米纤维均匀包覆于SnO2空心纳米管表面。气敏性能测试结果表明,基于PANI/Mo S2/SnO2传感材料的传感器对100 ppm NH3的响应值是纯PANI基传感器的3.1倍。该传感器对20 ppm NH3的响应时间仅为21 s,还展现出了良好的重复性和选择性。传感器敏感性能的改善归因于特殊的纳米纤维/纳米片/空心纳米管组装结构和PANI-Mo S2之间形成的p-n异质结。(3)为了进一步提升传感器的灵敏度,通过氧化物复合纳米结构材料设计和异质结构筑策略,构建了基于PANI/SnO2/Zn2SnO4多孔纳米球的高灵敏室温NH3传感器。采用水热法和原位化学氧化聚合法制备了PANI纳米纤维为壳、SnO2/Zn2SnO4多孔纳米球为核的核壳结构传感材料,且具有较大的比表面积(64.8?m~2/g)。以PANI/10 mol%SnO2/Zn2SnO4多孔纳米球为传感材料的传感器对100 ppm NH3展现出了最高响应值(20.4),是纯PANI基传感器的6.6倍。该传感器对NH3的检测下限为500 ppb,对100 ppm NH3的响应和恢复时间分别为46 s和54 s,同时具有较好的重复性、选择性和稳定性。利用电化学阻抗测试进一步验证了传感器敏感性能的显著提高与PANI的去质子化和PANI/SnO2/Zn2SnO4复合形成的p-n异质结有关。