氨气（NH3）主要来源于农业生产活动、化学工厂以及畜牧业的排放,具有较大的毒性,当氨气浓度为1000 ppm时,会导致肺部积液,水肿,甚至死亡;在化工领域中,液氨容易挥发泄露,达到爆炸极限（15-28 vol.%）会引发生产安全事故;在食品智能包装领域中,蛋白质腐坏后会产生氨气,通过检测氨气浓度即可确定食物的新鲜程度。鉴于氨气的危害与特殊的使用价值,开发针对氨气敏感的各类传感器是当今研究的热点之一。传统测试氨气的手段有光学法、声学法以及色谱法等,然而这些方法受限于较大的仪器体积和较低的测量精度,而且操作复杂,故未被广泛使用。基于电阻法测试原理的氨气传感器主要是利用表面敏感材料与其接触时,发生相互作用,引起电阻变化而实现检测。此法具备操作简单、精度高、成本低、便于携带等优势,是当下氨气传感器的研究热点,常用的材料有金属氧化物、导电聚合物、碳材料等。然而,金属氧化物虽响应值高,但需要较高的温度;导电聚合物和碳材料在室温下即可使用,但是响应值低、选择性差、响应时间长。为改善这些缺陷,常用的方式是将它们与其他材料进行复合。金属卟啉具有较大的刚性π-π共轭平面,电子可通过共轭平面进行传递,且环内的金属离子能与氨气分子结合,实现特异性响应。本文在合成四（4-磺酸钠苯基）锌卟啉的基础上,设计构建了三个不同体系的氨气传感电极,分别是聚吡咯/四（4-磺酸钠苯基）锌卟啉传感电极、聚苯胺/四（4-磺酸钠苯基）锌卟啉传感电极以及碳纳米管/四（4-磺酸钠苯基）锌卟啉纸基传感电极。以导电聚合物或碳纳米管为基,将金属卟啉修饰在基底上,不仅能利用导电聚合物与碳纳米管优异的导电性能,还能结合金属卟啉化合物的特异性检测能力。通过金属卟啉的“桥梁”作用,形成电子高速通道,加快氨气分子与基底的电子传输,提高氨气响应速度,得到性能优异的常温氨气传感电极。主要研究内容及结果如下:1.四（4-磺酸钠苯基）锌卟啉的制备及表征:利用Alder法,先合成5,10,15,20-四苯基卟啉（H2tpp）,通过浓硫酸磺化后,制得5,10,15,20-四（4-磺酸钠苯基）卟啉（tpps4）,然后将制得的tpps4与醋酸锌在DMF中络合,制得5,10,15,20-四（4-磺酸钠苯基）锌卟啉络合物（Zn-tpps4）;FT-IR和NMR表征证实了Zn-tpps4的成功制备;当Zn2+与tpps4配位后,络合物的光学性能发生改变,Soret带向长波方向移动（414.0 nm移动至421.0nm）,且出现荧光猝灭现象。2.聚吡咯/四（4-磺酸钠苯基）锌卟啉复合材料的制备及其氨气传感电极:在ITO-PET膜上进行电化学沉积,一步法直接获得柔性的PPy/Zn-tpps4复合物传感电极。考察制备条件对复合物表面形貌的影响,结果发现:沉积电压大于1.0 V,薄膜表面产生破洞,沉积电压过小（0.5 V）,则无法沉积;当电解液中Zn-tpps4浓度为0.30 mol/L时,制得的传感电极形貌最佳。气体性能测试表明:在以O2、N2、CO2、H2、C2H7N、C3H9N为干扰气体时,PPy/Zn-tpps4传感电极也对氨气具有非常好的选择性,响应值（S/%）达到206.6（暴露时间500 s）,响应和恢复时间分别为450 s和269 s,而且响应值与氨气浓度呈现显著的线性关系（R~2=0.995）,最低检测限为0.46 vol.%;同时实验发现:在纯氨中,经多次循环（相同或不同暴露时间）后,PPy/Zn-tpps4传感电极的响应性能良好。传感电极的氨敏机理可用p-n异质结理论和费米能级进行解释,即:在PPy/Zn-tpps4复合物中,PPy与Zn-tpps4形成一个p-n异质结,当NH3与Zn-tpps4中的Zn2+结合后,N上的电子通过Zn-tpps4的桥梁作用,将电子快速转移至PPy分子中,中和空穴,此时p-n异质结区域内的电荷平衡被破坏,区域面积增大,载流子移动减缓,导致电阻上升。湿度会对传感电极的氨气响应值造成影响,响应值随着湿度的升高而不断增大,可能是由于PPy聚合物在湿度较高的环境中发生了溶胀,破坏了原本PPy分子链的导电性;并且NH3溶于水后,生成了NH4+与OH-,这些离子的存在也会进一步阻碍电子的传输,引起电阻的增大。3.聚苯胺/四（4-磺酸钠苯基）锌卟啉复合材料的制备及其氨气传感电极:利用电化学沉积法,一步法获得疏松多孔的PAN/Zn-tpps4复合膜,形貌（SEM、TEM、AFM）和能谱（EDS）表征表明:PAN为树枝状结构,Zn-tpps4通过氢键与之结合并逐渐聚集,导致复合膜具有较大的粗糙度。气体响应测试结果表明:Zn-tpps4的加入提高了响应性能,当电解液中Zn-tpps4浓度为0.30 mol/L时,制得的PAN/Zn-tpps4传感电极响应性能最佳,即使在干扰气体（H2、N2、O2、CH2=CH2、CO2）的作用下,PAN/Zn-tpps4传感电极也对氨气具有非常好的选择性,响应值（S/%）为205.2（暴露时间120s）,响应和恢复时间分别为108 s和450 s,并且响应值与氨气浓度具有优异的线性关系（R~2=0.9969）,最低检测限为1.17 ppm。同时研究显示:无论在同一浓度、不同浓度或者不同暴露时间下,传感材料均能重复使用,稳定性显著,其响应机理可用电荷转移机制进行解释。PAN/Zn-tpps4的气体响应值随着湿度增大而增加,可能是由于水分子吸附在材料表面,使NH3电离成OH-和NH4+,阻碍π电子在PAN分子链间传输的,导致电阻增大。柔性测试结果表明:PAN/Zn-tpps4传感电极具备一定的柔韧性,随着弯曲角度的增大（0-80°）,PAN/Zn-tpps4传感电极的响应值变化较大（205.18增长至304.38）,而增加弯折次数（0-20次）时,PAN/Zn-tpps4传感电极的响应值变化较小（仅增长了15.76%）。4.碳纳米管/四（4-磺酸钠苯基）锌卟啉纸基复合材料的制备及其氨气传感电极:以纤维纸为骨架,CNT为导电基底,结合传统造纸技术和热压工艺,制得具有三维网络结构的CNT/Zn-tpps4纸基柔性气体传感电极。研究指出:CNT纸的电导率和拉伸应力随着CNT含量和热压压力的升高而增大,当压力为20 MPa、CNT含量为50%时,传感电极的拉伸应变最高（2.34%）。气体响应性能结果表明:Zn-tpps4的加入能提高响应性能,以O2、N2、H2、CH2=CH2和CO2作为干扰气体,CNT/Zn-tpps4纸也对氨气表现出优异的选择性,响应值（S/%）为19.76,响应和恢复时间较短（162 s和531 s）,并且响应值与氨气浓度（10-100 vol.%）呈现显著的线性关系（R~2=0.9957）,最低检测限为3.45 vol.%。同时实验还发现:无论在同一浓度、不同浓度或者不同暴露时间下,传感材料均能重复使用,稳定性能优异;响应机理可解释为电荷转移机制。CNT/Zn-tpps4纸的气体响应值随着湿度增大而增加,主要是由于吸附在碳纳米管表面的水分子导致材料电阻增加,且NH3溶于水后电离生成NH4+和OH-离子会阻碍电子在碳纳米管中的传输,使材料的电阻进一步增大。柔性探究表明:CNT/Zn-tpps4纸基传感电极具有优异的柔韧性,弯曲角度增大（0-80°）和弯折次数增多（0-20次）,基本上不影响气体响应值（仅增长了18.92%和23.18%）。