本文档属于类型b（综述类论文），以下为针对中国读者的学术报告：

金属氧化物基杂化纳米结构的气体传感应用综述

作者及机构：
Dongzhi Zhang（中国石油大学（华东）控制科学与工程学院）、Zhimin Yang、Sujing Yu、Qian Mi、Qiannan Pan
期刊与时间：
*Coordination Chemistry Reviews*，2020年3月23日在线发表

主题与背景

本文综述了金属氧化物半导体（Metal Oxide Semiconductors, MOS）基气体传感器的研究进展，重点探讨了通过功能化杂化策略提升传感性能的多种途径。MOS材料（如ZnO、SnO₂、WO₃等）因成本低、灵敏度高、易于制造等优势被广泛应用于爆炸性、易燃性和有毒气体检测，但其高工作温度、湿度干扰和选择性不足等问题限制了实际应用。本文旨在总结通过异质结构建、二维材料复合、导电聚合物修饰、金属有机框架（MOFs）衍生等策略优化MOS传感器性能的最新成果，并展望其在可穿戴设备、电子鼻和自供能传感中的应用前景。

主要观点与论据

1. MOS气体传感器的传感机制与性能影响因素

核心机制：MOS传感器的电阻变化源于气体分子与表面化学吸附氧（O₂⁻、O⁻、O²⁻）的相互作用。例如，p型NiO暴露于空气中时，氧分子捕获电子形成空穴积累层（HAL），导致电阻降低；接触还原性气体（如H₂）后，电子释放回导带，电阻升高。
关键影响因素：
- 微观结构：晶粒尺寸、孔隙率（如SnO₂薄膜的孔隙率从70.8%提升至99.5%可显著提高响应速度）和缺陷结构（如氧空位浓度与ZnO纳米线的NO₂响应呈线性正相关）。
- 湿度干扰：水分子与吸附氧反应生成羟基（OH⁻），抑制气体吸附。解决方案包括Pr掺杂In₂O₃通过Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原循环清除羟基，或Al₂O₃涂层隔离水分。
- 光激发辅助：紫外光（365 nm）可增强ZnO-Ag异质结对NO₂的响应（188% @ 0.2 ppb），通过促进电子-空穴分离和加速气体脱附。

支持数据：
- Xu等对比多孔多晶In₂O₃（PP-In₂O₃）与单晶In₂O₃（PS-In₂O₃），后者因无晶界屏障对三甲胺（TMA）响应提升3倍（320℃）。
- Lee团队报道12% Pr掺杂In₂O₃在80%湿度下对丙酮响应保持不变，验证了抗湿机制。

2. 提升MOS传感性能的杂化策略

（1）MOS与MOS复合：异质结效应

• p-n异质结：如CuO/ZnO管状结构对H₂S的响应达66.6（50 ppm @170℃），归因于界面耗尽层拓宽。
  
• n-n异质结：SnO₂@TiO₂纳米管通过电子转移形成耗尽层，对H₂响应达1410（300 ppm @250℃）。
  
• p-p异质结：Co₃O₄@CuO纳米链对NH₃响应时间仅5.72秒（100 ppm @室温）。
  

（2）贵金属纳米颗粒（NPs）修饰

Pt/WO₃介孔材料对CO的响应提升至10（100 ppm @125℃），因Pt的催化效应和氧空位增加；Pd/SnO₂在潮湿环境中响应稳定性优于纯SnO₂。

（3）二维材料复合

• 石墨烯基材料：rGO/ZnO₁ₓ对NO₂的检测限低至50 ppb，归因于rGO的高导电性和p-n结形成。
  
• 过渡金属二硫属化物（TMDs）：MoS₂/Co₃O₄薄膜对NH₃响应63.78%（5 ppm @室温），源于n-p异质结和层状结构促进气体扩散。
  

（4）导电聚合物复合

PPy/SnO₂纳米纤维对NH₃的响应达57%（100 ppb @室温），得益于PPy的-NH-基团与NH₃的相互作用及p-n结效应。

（5）MOFs衍生MOS及MOS@MOFs

• MOFs衍生：ZIF-67衍生的Co₃O₄中空多面体对丙酮响应11（200 ppm @190℃），因高比表面积和孔隙结构。
  
• MOS@MOFs：ZnO@ZIF-8核壳结构通过孔径筛选（3.4 Å）实现对甲醛的高选择性检测。
  

3. 新兴应用领域

1. 可穿戴传感器：如rGO/ZnO混合纤维可拉伸NO₂传感器（检测限43.5 ppb），或PANI-CeO₂柔性NH₃传感器（16 ppb @室温），用于肾病呼气诊断。
   
2. 电子鼻（E-nose）：结合多传感器阵列与模式识别技术，实现多组分气体分析。
   
3. 自供能传感：压电/摩擦电装置与MOS耦合，如ZnO纳米线阵列通过机械能采集实现无源检测。
   

论文价值与意义

1. 学术价值：系统总结了MOS杂化材料的传感机制与性能优化策略，为设计高灵敏度、低功耗传感器提供理论指导。
   
2. 应用前景：在环境监测（工业废气）、医疗诊断（呼气标志物）和智能穿戴领域具有潜在商业化价值。
   
3. 创新点：提出MOFs衍生材料的孔径筛选效应和光激发辅助传感等新思路，突破传统MOS的温度与选择性限制。
   

亮点：
- 首次综述MOFs衍生MOS在气体传感中的应用，强调其可调孔隙与高比表面积优势。
- 提出“异质结-光激发-湿度补偿”协同优化策略，为室温传感提供新范式。

（注：全文约2000字，涵盖原文核心观点、数据支撑及逻辑框架）