气体传感器作为一种能够有效检测污染气体成分、浓度的重要载体,已经被广泛应用于工业生产、环境检测等领域。其中敏感材料的选择,是决定气体传感器性能最重要的因素。本论文以典型的n型半导体氧化锌（ZnO）为主体材料,通过改变合成条件,构筑出一系列形貌特殊、尺寸均一的异质结构。相比于纯ZnO气体传感器,基于这些异质结构制备的气体传感器不仅在对于特定目标气体的灵敏度和选择性上提升明显,而且有效缩短了响应/恢复时间。此外,通过激光辅助照射,有效降低了气体传感器的基线电阻和工作温度,从而实现了对目标气体的室温检测。研究成果为开发检测特殊气体和低能耗的气体传感器提供了新的思路。论文的主要工作如下:设计制备出多孔三维微米花状ZnO/NiO p-n异质结构。系统地研究了ZnO/NiO异质结构的气敏性能,测试结果表明,随着NiO纳米颗粒含量的不断增多,异质结构的响应值呈现出先升高再降低的趋势。其中在最佳工作温度（240℃）下,Ni2+离子占比5%的ZnO/NiO异质结构对100 ppm三乙胺气体（TEA）的响应值为20.74,是纯ZnO基气体传感器的5倍,响应/恢复时间分别为2 s和11 s,对TEA具有良好的选择性。p-n异质结的形成是气敏材料性能提高的关键因素。理论计算结果表明,异质结界面处形成了新的化学键,电荷密度较大,异质结构费米能级附近的态密度主要由镍元素提供,说明氧化镍可以有效调控异质结构的电学特性,进而提升其气敏性能。设计合成出柱状ZnO纳米棒,然后在其表面负载了不同含量的Fe2O3纳米颗粒,形成了ZnO/Fe2O3n-N异质结构。在气敏特性测试中,1 wt%Fe2O3/ZnO基气体传感器在260℃下对100 ppm TEA的响应值是14.5,相比于纯ZnO基气体传感器提高了近3倍,响应/恢复时间分别为1 s和14 s,传感器还具备良好的选择性和长期稳定性。气敏性能的提高归因于形成的n-N异质结。密度泛函理论（DFT）模拟结果证实,Fe2O3/ZnO异质结构对TEA分子的吸附能最低,吸附基底与被吸附分子之间存在明显的电荷转移现象。设计合成出由ZnO纳米片与In2O3纳米颗粒组成的ZnO/In2O3n-N异质结构。在波长为405 nm的蓝紫色激光辐照下,ZnO/In2O3异质结构的基线电阻显著降低,大量n-N异质结势垒对载流子的有效调控,实现了载流子的共振隧穿输运。气敏研究表明,在室温下,对浓度为10 ppm的NO2气体,传感器的响应值是29.1,响应/恢复时间分别为61 s和39 s,探测极限浓度为800 ppb,传感器还具备良好的选择性和长期稳定性。异质结势垒对载流子的共振隧穿输运有效调控,是ZnO/In2O3异质结构实现室温检测NO2气体的物理根源。