NiO是一种面心立方结构的金属氧化物晶体,通常被认为是典型的p型半导体材料,在室温下的禁带宽度为3.6⁴.2 eV,目前已被广泛应用于气体传感器、催化剂、发光二极管、电池电极、超级电容器等领域。纳米尺度的材料会表现出比传统材料更具有吸引力的特性,如非常小的粒径、大的表面积和高的表面能,这些特性会显著地影响材料的性能。纳米结构NiO由于其优良的物理、化学、光学和催化性能,得到了人们的广泛关注和深入研究。纳米结构NiO的制备和表征长期以来一直是材料科学领域中一个重要而活跃的研究方向。目前,制备纳米结构NiO的主要方法有:磁控溅射法、溶胶-凝胶法、水热合成法、气相沉积法、激光脉冲沉积、电沉积等。所合成的纳米结构主要有:纳米膜、纳米片、纳米管、纳米颗粒、纳米线、纳米花、纳米球和纳米块。现有的NiO纳米晶的制备过程存在较多的缺陷,如:原料种类偏多、工艺过程复杂、需要昂贵的设备和仪器、需要高温或真空环境、成本偏高、难以大规模工业化生产等。电沉积法具有成本低、工业适用性强、操作简单、通用性强、体积和形状限制少等优点,已被认为是一种可行的、经济的用于生产纳米晶体的技术。传统的电沉积法制备金属Ni的过程为了抑制晶粒的生长速度,会加入有机添加剂,然而,这些有机添加剂通常会导致沉积产物中出现表面活性元素的杂质（如硫和碳）,会产生晶界的分离和对晶体特性的不利影响,还会产生有毒、有害的产物,对环境和人类健康产生有害影响。本研究以NiSO₄·6H₂O水溶液为电解液,ITO玻璃为衬底,通过室温下直流电沉积,然后在空气中加热氧化的简单方法制得了厚度约100 nm的纳米片状和直径400⁵00 nm的玫瑰花状NiO纳米结构。整个制备过程中无需使用催化剂、络合剂、缓冲剂、表面活性剂等有机添加剂。使用电子扫描显微镜（SEM）、X-射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）对制得的两种纳米结构的形貌和性质进行了表征。SEM和TEM测试结果表明,NiO纳米片厚度约100 nm;玫瑰花状多层结构NiO是由厚度约15²0 nm的纳米片组装而成。XRD测试结果表明,氧化后的沉积产物没有显示出任何Ni的特征峰,表明Ni纳米结构被完全氧化。研究了电沉积过程中主要沉积参数:电解液成分、电解液pH值、沉积时间、电解液浓度、温度和沉积时间对沉积产物的形貌和微观结构的影响。用已制备的不同纳米结构NiO制成气敏传感器,对乙醇、甲醇、丙酮和甲醛气体进行了气敏特性测试,结果表明,玫瑰花状的NiO纳米结构在230°C时对3种气体都表现出了较高的灵敏度。此外,玫瑰状NiO基气敏传感器比纳米片状NiO基气敏传感器对3种气体的灵敏度更高。玫瑰花状NiO基气敏传感器表现出了高的气体响应和恢复速度,并具有较好的重复性。玫瑰花状形貌具有一些重要的特性,如与气体接触的面积大、结构稳定等,这是影响气体传感器灵敏度和响应-恢复时间的关键因素。基于文献中报道的氧化物半导体吸附模型,全面系统的分析了氧化物半导体表面在不同性质的气体环境中的载流子变化过程。通过对3种气敏机理的理论模型进行综合分析,发现了提高气体传感器灵敏度的3种途径:减小晶粒尺寸、控制气敏材料表面形貌和掺杂添加剂。根据理论分析结果,使用3种高功函数金属:Au纳米柱、球形Pt纳米颗粒、玫瑰花状Ni纳米颗粒对纳米结构NiO进行负载,并将不同负载量的纳米结构NiO制备成气敏传感器。气敏性能测试结果表明,Au纳米柱和Pt纳米颗粒负载对玫瑰花状NiO基气敏传感器的灵敏度有显著提升（对乙醇气体的灵敏度分别提高了67%和3.7倍）。根据测试结果分析了3种金属负载对传感器特性的影响,发现在使用金属负载增强氧化物半导体气敏传感器性能时,应尽量选择催化活性强、功函数高、颗粒尺寸小的金属材料。传统的实验方法成本较高且耗费时间,随着软件和硬件技术的发展,计算机模拟成为研究复杂系统的有力工具。由于密度泛函理论（Density Functional Theory,DFT）可以为非常复杂的分子模型提供基本、精确的重要参数,已经成为具有吸引力的理论化研究方法。使用Materials Studio 7.0软件建立了NiO（111）面的完全计量表面、缺陷表面、氧吸附后的表面以及CO、乙醇吸附过程的界面模型。通过CASTEP模块的广义梯度近似（Generalized Gradient Approximation,GGA）计算了CO和乙醇分子在包含缺陷的NiO（111）晶面的吸附过程,得到并分析了吸附过程中NiO晶体表面吸附能和态密度的变化。