以金属氧化物为基础的半导体气体传感器具有价格低廉、灵敏度高、稳定性好等优点,被广泛应用于环境监控、过程控制、安全预警、疾病诊断等领域。然而,目前商品化的半导体气体传感器仍存在着选择性差、响应和恢复速度慢、工作温度偏高等缺点,严重制约着半导体气体传感器的实际应用。在此背景下,本论文以典型的半导体金属氧化物In2O3为例,系统地研究了气敏材料In2O3的制备、形貌、性能之间的关系,试图解决上述半导体气体传感器所存在的问题,并取得了如下的研究成果：(1)合成了不同形貌的In2O3气敏材料。采用化学气相沉积法,通过选择产物沉积位置、改变起始物的用量、变更反应温度等手段,制备出了削掉顶端的八面体串、纳米线、纳米晶链、棒棒糖、八面晶体等几种形貌的In2O3气敏材料。并详细探讨了过饱和控制形貌的生长机理,为制备不同形貌的金属氧化物奠定了基础。同时,还比较了一锅法制备出来的纳米晶链、纳米线和削掉顶端的八面体串的气敏性能。结果表明,它们的气敏性能受形貌的直接影响。(2)以形貌新颖的削掉顶端In2O3八面体串为气敏材料,原位自组装成气体传感器。这种组装方式使得气敏材料不易从基底上脱落、稳定性好。该传感器对甲醛气体具有较好的响应和选择性,可用于室内装修气体中甲醛的安全预警。(3)构建了单一半导体金属氧化物组成的气体传感器阵列。由于受到半导体金属氧化物的气敏机理的限制,使得该类传感器对气体的选择性普遍较差。为了解决这个问题,发展了只用一种半导体金属氧化物,即有孔的In2O3微米管,以旋涂的方式制备出含不同气敏膜厚的16只气体传感器的方法。由于16只气体传感器对乙醇均具有独立的响应,因此可将它们组成一只电子鼻。该电子鼻对同等浓度(100ppm)的四种醇类以及常见的14种挥发性有机化合物的立即威胁生命和健康(IDLH)浓度和允许暴露极限(PEL)浓度,均具有极好的分类和辨别能力。这种制备电子鼻的方法可以推广到其他半导体金属氧化物,而不必受金属氧化物种类和掺杂剂的限制,极大地扩展了半导体气体传感器的应用前景。(4)制备出以石墨烯改性的层状In2O3复合物为基础的气体传感器。以金属氧化物的半导体气体传感器,经常需要在较高的温度下工作,很大程度上限制了它们的应用前景。针对该缺陷,以InCl3和氧化石墨烯(GO)作为前驱体,用十二烷基硫酸钠(SDS)和尿素来调控产物的形貌,经退火处理后得到石墨烯改性的层状In2O3复合物。以这种复合物作为气敏材料,制备出来的气体传感器实现了室温下对NO2气体的检测。而且在其他气体浓度是NO2的200倍时,仍能对NO2表现出很高的选择性。(5)发展了一种以石墨烯改性In2O3气敏材料的非额外添加方法,用以克服制备过程中残留的添加物(如表面活性剂、聚合物等)严重影响复合物气敏性能的缺点。以InN纳米线和氧化石墨烯(GO)为前驱体,经过微波水热反应之后,得到In2O3/rGO的复合物。系统的考察了InN纳米线与GO的质量比对In2O3的形貌和在石墨烯网络中分布状态的影响。最终选择质量比为1：1的InN和GO作为前驱体,得到了均一嵌入到石墨烯网络结构中的In2O3立方体。相对某些文献报道的额外添加其他物质的石墨烯基气体传感器而言,以这种石墨烯改性的In2O3立方体为基础的半导体气体传感器在室温下对NO2具有较高的灵敏度。除此之外,在其他气体浓度是NO2的1000倍时,仍对NO2表现出极好的选择性。