环境污染和能源短缺严重制约着现代社会的发展进步。化石能源的过度开采不仅导致了传统能源的逐渐枯竭,而且造成了日益严重的环境污染,如雾霾、温室效应、臭氧层破坏等危机,已严重危害到了人类的健康与生存。鉴于气体传感器在气氛监测方面所显示出的发展潜力,灵敏且可靠的气体传感器对于公共安全、环境污染监测、以及空气质量评估等方面均有着重要且深远的意义。另一方面,要从根源上解决以上问题,急需发展绿色清洁并可再生的新型能源。催化析氢技术是目前最具前瞻性的能源发展策略之一,而高效节能的催化剂则是关系到这一技术能否实现的关键因素。本文通过对WXn基(X=O,S)半导体纳米材料的构建和优化,设计并制备了高效的气敏传感器和析氢催化剂。且针对以上问题,做了以下研究工作:Ⅰ.采用超声化学法制备Ag纳米晶敏化的WO3纳米空心球,通过场发射扫描电镜和透射电镜对其结构和形貌进行了表征,结果发现,空心球的外壁由W03组成,Ag纳米颗粒附着在内壁上且尺寸可根据反应物的质量比来进行调控。基于Agx-WO3空心球的传感器件在对乙醇的检测中表现出极高的灵敏度和选择性,其中以Ag(U5nm)-WO3性能最佳。与纯相W03空心球相比,Ag(15nm)-WO3将气敏响应提升了 7倍,且有较低的最佳工作温度(230°C),快速的响应时间(7 s),以及非常低的检出限(0.09ppb)。同时发现,光照可以极大提升Ag(15nm)-WO3的灵敏度,尤其在405 nm波长的激发下性能最好,这说明Ag纳米颗粒的表面等离子共振效应(LSPR)是提高Agx-WO3气敏性能的主要原因。Ⅱ.基于以上研究,通过精确控制实验条件,设计并制备了 Ag-WO3核壳结构纳米球(Ag-WO3CSNSs)。与传统金属为核,半导体为壳的核壳纳米结构不同,本研究中的Ag纳米颗粒均匀分散在整个纳米球中,与W03复合在一起组成的核壳结构。Ag-WO3 CSNSs在对乙醇的检测中表现出良好的气敏性能,如较低的工作温度(260℃)和检出极限(0.20 ppm)。此外,我们发现光照能够有效提升Ag-W03 CSNSs的气敏性能,将其响应从62提升到160,最佳工作温度从260降低到190℃,检出限则从0.20优化到0.032 ppm。分析发现,除了光激发下Ag纳米粒子的SPR增效外,其独特的核壳纳米结构亦有效改变了入射光程,从而在提高Ag-W03 CSNSs气敏响应的同时亦能有效降低工作温度和检出限。Ⅲ.通过溶剂热将氧缺陷引入到W03中,制备出亚化学计量比W03-x纳米线模块及其三维海胆状纳米复合结构。与化学计量的WO3不同,基于WO3-x的化学传感器能够在室温下对乙醇蒸汽有较好的灵敏度和选择性。进一步实验表征和机理分析发现WO3-x是典型的p型半导体气敏剂,其较大的比表面积和丰富的氧缺陷是优异气敏行为的关键因素。Ⅳ.通过超声剥离和溶剂热制备石墨炔-WS2二维复合纳米材料(GD-WS22D-NH),并将其用于电解水析氢催化剂。石墨炔具有大共轭结构和低还原电位,可让WS2直接在其表面生长,形成二维层状的复合结构,是析氢反应的理想稳定剂和还原剂。进一步研究发现,GD-WS2 2D-NH具有很大的比表面积和丰富的催化活性位点,同时,其松散的层状结构有利于提升电催化剂在酸性电解液中的催化活性。此外,GD和WS2间形成内建电场,在WS2原本惰性的底面上增加新的催化活性位点。故此,GD-WS22D-NH表现出优异的析氢催化活性,其初始电压低至140mV,而塔菲尔斜率仅有54mV/decade,证明GD-WS22D-NH是一种性能稳定的析氢电催化剂。