1. 研究目的与意义（文献综述）

随着社会的高速发展和工业化程度不断加深，人们赖以生存的环境也受到极大的威胁，其中以工业废气为主要来源的有害气体对人们尤为危险，对这些气体的有效检测与监控刻不容缓，为实现这一目标，社会需要性能优良的气体传感器^[1]。近年来，气体传感器的发展尤为迅速，而半导体气体传感器更是解决了传统气敏器件体积大、质量重等缺点，因可实现微型化、智能化和集成化而得到广泛运用^[2]。

金属氧化物半导体气体传感器由于具有灵敏度高、稳定性好、体积小、易于集成化等优势成为人们的研究热点，相继获得应用的金属氧化物气敏材料有zno、sno₂、tio₂、fe₂o₃、coo、in₂o₃、cr₂o₃等^[3]。seiyama在1962年首先报道了zno薄膜元件，实现对可燃性气体检测。同年，田口尚义发明了sno₂基气体传感器并实现产业化。然而基于传统材料的气体传感器也存在一定缺点，例如在复杂环境中对可燃性气体选择性差，传感器响应、恢复时间较慢，无法适应在工业生产中对气体传感器的要求^[4]。因此，研究者们将目光投向moo₃、tio₂、nio、wo₃等新材料的研究与开发上。

其中moo₃是一种宽禁带的n型半导体材料，其稳态α-moo₃由变形八面体[moo₆]构成的独特层状结构使得其结构对缺陷的容忍度高，令其表面存在更多活性位点，可以更快与目标气体进行反应，因此响应、恢复时间短^[5]。此外，moo₃对氨和烃类气体分子具有一定的选择性吸附，对这两类气体分子的选择性良好，在气敏和催化方面都有广泛的应用，受到越来越多研究者的关注^[6,7]。但是基于纯moo₃中电子被束缚在o原子周围，载流子数量少，制成气体传感器存在工作温度高、对低浓度气体检测能力有限等问题^[8]，因此需通过进一步改性来改善其气敏性能。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

(1) 利用水热法制备ti掺杂moo₃纳米棒，通过调控水热时间、水热温度、原料配比等方面的改变，调控材料尺寸、形貌与ti掺杂浓度。

(2) 通过xrd、fesem、tem、bet等测试方法对ti掺杂moo₃的组成、形貌、缺陷等微观结构进行表征，研究制备工艺参数的改变对产物的形貌、结构和电学性能影响。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－7周：按照设计方案，制备moo₃纳米材料、ti掺杂moo₃纳米棒簇材料，采用xrd、fesem、eds等测试技术对复合材料的物相、显微结构进行测试。

第8－11周：制作气敏元件，采用气敏测试系统测试材料的气敏性能。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 刘星, 曹丽云, 黄剑锋. 三氧化钼的性能及应用[J]. 无机盐工业, 2010, 42(12): 12-15.

[2] 李蕾. 掺杂型SnO₂气敏材料的特性及其器件研究[D].山东:山东大学物理学院,2008.

[3] 胡彬. 钼、钒氧化物一维纳米材料的制备、性能与器件研究[D].武汉：武汉理工大学材料学院, 2011.

[4] 宋凯. 金属氧化物半导体气体传感器气体检测关键问题研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2011.

[5] 苟中平. 纳米MoO₃的水热合成及气敏性能研究[D].重庆:重庆大学, 2014.

[6] Prasad A K, Kubinski D J, Gouma P I. Comparison ofsol–gel and ion beam deposited MoO₃, thin film gas sensors forselective ammonia detection[J]. Sensors and Actuators B, 2003, 93(1-3): 25-30.

[7] Seiyama T, Kato A, Fujiishi K, et al. A new detectorfor gaseous components using semiconductive thin films[J]. Analytical Chemistry,1962, 34: 1502-1503

[8] 曹静. 金属氧化物半导体共轴纤维及其气体传感性能的研究[D].吉林大学,2015.

[9] 刘相红. 金属氧化物微纳米结构的合成、调控及气敏性能研究[D].南开大学,2012.

[10] 徐宇兴, 唐子龙, 张中太. 氧化钨纳米线的制备及表征和一氧化碳的气敏性能(英文)[J]. 硅酸盐学报, 2009, 37(3):53-57.

[11] 秦昭君. 铈、银掺杂的二氧化锡单根纳米带的气敏性能研究[D].云南师范大学,2016.

[12] Latilde; Y, Zhan W, He Y, et al. MOF-templated synthesisof porous Co₃O₄ concave nanocubes with high specificsurface area and their gas sensing properties[J]. ACS Applied Materials andInterfaces, 2014, 6(6): 4186-4195.

[13] Lu W, Wang D, Bo D U, et al. Design of a Novel SAWGas Sensor[J]. Piezoelectrics and Acoustooptics, 2015, 37(1): 20-23.

[14] Sun P, You L, Wang D, et al. Synthesis and gassensing properties of bundle-like α-Fe₂O₃ nanorods[J].Sensors and Actuators B, 2011, 156(1):368-374.

[15] 朱琴, 张裕敏, 胡昌义,等. 氧化物半导体气敏传感器的改性研究进展[J]. 功能材料, 2014, 45(17): 17017-17021.

[16] 赵云枫, 田靖雯, 刘舜舜,等. V掺杂MoO₃纳米带的制备及V掺杂对乙醇气敏性能的影响[J]. 中国有色金属学报, 2017, 27(8): 1611-1620.

[17] Wisitsoraat A, Phokharatkul D, Tuantranont A, et al.Effect of Carbon Doping on Gas Sensing Properties of Molybdenum OxideNanoneedles[C] Sensors. IEEE, 2009: 316-319.

[18] Ouyang Q Y, Li L, Wang Q S, et al. Facile synthesisand enhanced H₂S sensing performances of Fe-doped α-MoO₃ micro-structures[J]. Sensors and Actuators B, 2012, 169: 17-25.

[19] Bai S L, Chen C, Zhang D F, et al. Intrinsiccharacteristic and mechanism in enhancing H₂S sensing of Cd-dopedα-MoO₃ nanobelts[J]. Sensors and Actuators B, 2014, 204: 754-762.

[20] 祁琰媛. 一维三氧化钼纳米材料的合成、结构与性能研究[D].武汉:武汉理工大学材料工程与材料学院, 2007.

[21] 方成林. Ti掺杂WO₃薄膜的制备及气敏性能研究[D]. 重庆师范大学, 2011.

[22] Zheng K, GuL, Sun D, et al. The properties of ethanol gas sensor based on Ti doped ZnOnanotetrapods[J]. Materials Science and Engineering B, 2010, 166(1):104-107.

[23] Guidi V, Boscarino D, CasarottoL, et al. Nanosized Ti-doped MoO₃ thin films for gas-sensingapplication[J]. Sensors and Actuators B, 2001, 77(1-2): 555-560.