世界卫生组织（WHO）2021年发布的报告指出,室外和室内空气污染是造成包括呼吸系统疾病、中风、心血管疾病等多种健康问题的环境风险因素。2016年全球已有约700万人因上述疾病死亡。因此,有毒有害气体不仅对生态环境造成了不良影响,而且已经严重威胁到人类的生命健康。基于此,为检测和监测有毒有害等危险气体,易于携带、便于小型化、与智能器件兼容的金属氧化物气体传感器应运而生。金属氧化物可以分为n型和p型。一方面,相比于n型金属氧化物,关于p型金属氧化物半导体气体传感材料的研究与报道相对较少。但大多数p型金属氧化物半导体具有良好的催化活性,使用p型金属氧化物可以制备高选择性气体传感器。另一方面,目标气体与气敏材料表面吸附的氧物种发生反应需要一定的能量,这种能量由外部加热提供,即气体传感需要在一定的工作温度下进行。典型的n型金属氧化物气敏材料,如SnO2和ZnO,其禁带宽度超过3 eV,这使得气敏元件往往需要在较高的工作温度下检测目标气体。而p型金属氧化物,如Co3O4、CuO和Cu2O等的禁带宽度在2 eV左右,可以在较低的工作温度下进行气体传感,具有实际应用的潜力。因此,金属氧化物中的p型金属氧化物基半导体是构建低工作温度、高响应强度和高选择性气体传感器的优良材料。基于以上背景,我们以金属氧化物CuxO为研究对象,通过结构调控、异质结的构建、金属元素掺杂等手段暴露丰富的高活性位点,制备高响应强度、高选择性、高稳定性、低工作温度的高性能气体传感材料。具体内容和实验结果如下:1.构建具有核壳结构的八面体Cu2O@Cu1.75S,增强低温下对NO2气体的传感性能本工作结合了二维过渡金属硫化物纳米材料的优点,基于冶金学中经典的Kirkendell效应,制备了具有核壳结构的八面体Cu2O@Cu1.75S,并研究了Cu2O@Cu1.75S对NO2的气体传感性能。实验发现,与纯Cu2O材料相比,Cu2O@Cu1.75S复合材料在NO2气体检测方面表现出更优异的气体传感性能。纯Cu2O在75℃下对5 ppm NO2的响应强度仅是Cu2O@Cu1.75S在40℃下对5 ppm NO2响应强度的七分之一。Cu2O@Cu1.75S还可以实现对ppb级NO2气体的检测,当NO2的浓度为20 ppb时,响应强度为1.14。通过测试1 ppm的NO、SO2、NH3、H2S、H2、CO和CO2干扰气体的响应强度,发现Cu2O@Cu175S对NO2响应强度最高,可以选择性检测NO2。连续5周测试材料在40℃下对5 ppm NO2的响应强度,发现响应强度的数值在允许的范围内波动,即Cu2O@Cu1.75S对NO2的响应具有较好的稳定性。时隔三个月后,Cu2O@Cu1.75S在40℃下对5 ppm NO2的响应强度仍然可以达到8.28,证明Cu2O@Cu1.75S对NO2的响应具有较好的长期稳定性。综上所述,Cu2O@Cu1.75S具有低温下、高选择性检测低浓度NO2的气体传感性能。该传感材料对NO2的气体传感性能的增强可归因于比表面积的增加、Cu2O与Cu1.75S之间的协同效应。本研究中,金属氧化物和金属硫化物的复合可以有效提高气体传感性能,为制备高性能气体传感材料提供了一条可行的途径。2.纳米线组装的CuO分级结构中引入钴,实现对NO2的低温检测我们采用简单的一锅法,在68℃下合成了具有分级结构的CuO微米花,该分级结构首先是由CuO纳米线平行排列构成片状结构,再由片状结构组装,形成花状的CuO。纳米线组装的CuO分级结构在75℃下对NO2具有良好的气体传感性能。我们希望通过金属元素的掺杂,进一步增强CuO对NO2的气体传感性能。通过在反应中加入不同质量的CoCl·6H2O,合成了 Co掺杂的CuO。基于一维纳米线、分级结构以及Co元素掺杂对气敏传感性能的提高,优化的Co-3%-CuO在40℃下对NO2气体表现出高的响应灵敏度,可以检测ppb级的NO2气体。当NO2气体浓度为50 ppb时,响应强度为1.21。测试Co-3%-CuO在室温下对NO2的气体传感性能发现,Co元素掺杂的CuO在室温下对NO2检测结束后,材料的电阻难以恢复至初始状态,但对NO2气体仍有一定的响应强度。通过进一步结构和组分的优化,该材料体系具有在室温下检测NO2的潜能。除此之外,测试干扰气体（H2S、NO、NH3、SO2、H2和CO）的响应强度,发现Co-3%-CuO对NO2气体的检测具有良好的选择性。综上所述,Co（3%）掺杂的CuO分级结构具有在低温下选择性检测NO2气体的性能,也证明了 p型金属氧化物在低温下选择性检测目标气体的应用潜力。