随着社会的进步和科技的发展，人类步入了信息化时代，信息的采集、转化和处理与人类日常生活和发展密切相关。传感器就是一种能够感受到被测量的信息，并将感受到的信息按照一定的规律转化为电信号或其他可以被处理利用的信息的装置，在满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等方面有着至关重要的作用^【1】。传感器在工业生产、医疗诊断、家居安全、环境监测、国防军事等领域中具有很大的研究价值和发展前景。其中气体传感器的发展较快，在有毒有害气体监测，工业生产和资源采集等方面应用十分广泛。气体传感器种类较多，主要有光学式、电化学式、接触燃烧式、固体电解质式和半导体式^【2-3】。而半导体式传感器因其灵敏度高，稳定性好等优点颇受研究和关注，并大量应用到实际生活，军用民用等方面^【4】。

19世纪60年代，研究者最早发现金属氧化物半导体薄膜具有气敏特性，并研制出第一个基于金属氧化物半导体气敏元件后^【5】，经过半个多世纪的发展，目前研究最多的金属氧化物半导体材料（MOS）主要有以ZnO，SnO和Fe₂O₃等为主的N型半导体和以CuO、Ni₂O₃和Cr₂O₃等为主的P型半导体^【6】。在N型金属氧化物中，通过与还原气体的反应去除吸附氧，通过覆盖吸附氧来增加电阻，并降低电阻。这些传感器的灵敏度和选择性通过加入异质结构而得到提高。异质结构可以通过促进催化活性、增加吸附和形成电荷载流子耗尽层来提高传感器性能，从而产生更大的电阻调制。大大地提高了气体传感器的性能^【7】。

在不同类型的金属氧化物半导体中，ZnO作为一种典型的宽禁带n型电阻式气敏半导体材料，具有很高的电子迁移率（205-1000）、较大的比表面积、稳定的物理化学特性、生产成本低和无污染等优点已成为金属氧化物气体传感器检测的研究热点材料之一^【8】。

然而，由于MOS材料对很多气体（诸如氢气、氨气、乙醇、丙酮和苯等）的高敏性，导致其选择性较低^【9】。目前，提高气体传感器的选择的方法有很多种，其中有两种比较常见：其一是通过改变材料的表面结构，如制备多孔材料，通过控制孔径的大小来提高选择性；另一种是通过掺杂贵金属来改变传感器的选择性^【10-11】。Tian等人^【12】提出了一种通过改变材料的表面结构来提高MOS气体传感器的方法。在他的研究中，在ZnO纳米棒上涂一层ZIF，形成ZnO@ZIF核孔结构，其中ZIF充当分子筛的功能。由于ZIF是一种由zinc(II)/cobalt(II)金属离子和咪唑盐连接剂组成MOF结构形成的沸石型四面体的拓扑结构^【13-14】，具有多孔性，可以有效地将比其孔径大的气体分子隔离开来，因此很好地提高了ZnO气体传感器的选择性。在A.Salehi*^【15】的工作中，采用掺In的方法提高了SnO气体传感器的选择性，研究了不同沉积工艺制备的掺In和未掺杂的SnO气体传感器，并在不同温度下测量了不同沉积工艺制备的SnO气体传感器的灵敏度变化。

本课题采用商业ZnO粉末作为Zn² 来源。不同浓度的4,5-二氧咪唑作为配体和蚀刻剂，在高压反应釜内反应制得所需要的ZnO@ZIF-71。对制备的样品进行XRD、XPS、TEM和SEM表征，随后对传感器的气敏特性进行测量。研究不同浓度、反应时间和材料厚度对气体传感器的气体选择性的影响。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：以ZnO为模板材料，与4,5-二氧咪唑反应，形成ZnO@ZIF-71核孔异质结构；

材料表征：对ZnO@ZIF-71复合材料进行结构表征和气敏性测试，通过XRD、TEM、SEM、XPS等表征手段对其形貌结构及元素构成进行分析。

气敏性能测试：将制备好的气体传感器采用SD-101四通道气敏测试仪（武汉华创锐科）进行测量。测试气体分别采用静态配气法和静态配气法测试。

数据结果分析：分别比较不同反应浓度，反应时间对气体传感器气敏性能的影响。