1．目的及意义
随着经济的发展，生产生活中越来越多的有毒有害、易燃易爆气体排放或泄露至空气中，这不仅会污染环境，还可能损害人们健康甚至威胁生命。考虑到对人类健康的影响，高气体响应对于检测有毒气体至关重要，对气体的高选择性对于可靠地监测室内空气质量也是非常必要的。其中，金属氧化物半导体气体传感器成本低廉、响应高、稳定性好的优点受到研究者的广泛关注。

Co₃O₄作为一种p型半导体，其能带宽度为1.6～2.2 eV，常温下就对于气体有着不错的反应灵敏度，理论上可以成为气敏传感器的良好敏感材料，并且Co₃O₄拥有价格低廉，易于制备等优点，在目前的气体检测中被广泛应用。但是Co₃O₄ 作为气敏传感器对气体的反应灵敏程度却并不高，使Co₃O₄作为气敏元件的应用有了一定得局限性。气敏材料的结构对其气敏性能的影响巨大。在气敏材料的制备中，可控地制造易于气体传输扩散的结构，使材料暴露更多的活性表面，可以有效地提高材料的气敏性能。Shreyas Rajasekhara等人将Co₃O₄做成多孔纳米球状从而大大地提高了对乙醇气体的反应灵敏度，而Hoa Nguyen等人制作出Co₃O₄孔状纳米棒发现对丙酮的响应速度得到了大幅度的提高，因此研究人员将Co₃O₄制备成纳米立方体、纳米片、纳米纤维、纳米管等不同结构，增加比表面积从而提高对气体的反应灵敏度，而中空球型结构的Co₃O₄由于具有比表面积高、密度低、对气体有良好的扩散性等优点，在常温下就具有很高的反应灵敏度和稳定性，优异的气敏性能在研究过程中得到重视。在制备方法中，模板法具有操作简单、重现性好等诸多优点，被广泛用于制备中空结构材料。牺牲模板法是模板法中较为特殊的一类，其不同于传统模板法的一大特点是作为模板的粒子同时也作为反应物参与中空结构的构造过程。牺牲模板可直接决定所制备的中空结构的形状和尺寸，并最终部分或完全消耗，在使用牺牲模板的制备过程中不会引入其他杂质或产生杂质，更为简单高效。因此，本文拟用MOF自牺牲模板合成中空Co₃O₄纳米笼，增大其比表面积，从而提升其气敏性能。

在本课题中，通过制备ZIF-67十二面体，并将它们通过溶剂热反应制备了层状双金属氢氧化物（Co-LDH）纳米片。通过对Co-LDH纳米笼进行热处理，成功制备了空心分级Co₃O₄纳米笼，增大其比表面积，从而提升其气敏性能，并且采用XRD、FESEM等表征测试技术对材料物相、形貌进行表征，并对气敏性能进行测试从而研究Co₃O₄纳米笼的气敏特性。

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2. 研究的基本内容与方案

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2.1 基本内容

1. 中空Co₃O₄纳米笼的制备：采用模板自牺牲法制备中空纳米笼，考察工艺参数对纳米笼结构的影响，获得最佳制备工艺。

2. 中空Co₃O₄纳米笼的结构表征:采用一系列测试方法对纳米笼的物相结构，微观形貌、化学状态进行表征，分析纳米笼的生长机制；

3. 中空Co₃O₄纳米笼的气敏性能测试：采用静态测试法分析中空Co₃O₄纳米笼对测试气体的响应，分析气敏机理。

2.2研究目标

（1）获得结构良好的中空Co₃O₄纳米笼；

（2）阐明中空Co₃O₄纳米笼结构与气敏性能的相关性。