氢能是一种燃烧放热高、可循环使用、产物无污染的绿色能源,已经成为世界能源结构的重要组成部分。鉴于氢气分子小、容易泄露且易燃易爆的特点,利用氢气传感器对氢气泄露进行监测对保障安全产氢、用氢具有重要意义。基于半导体氧化物材料的电学型氢气传感器具有高灵敏度、稳定性好且成本低廉等优势,在氢气安全检测中具有很大的潜在应用价值。然而,现有商业化半导体氢气传感器大多需要在高温下工作,带来了较大的功耗和一定的安全隐患。研制可在室温工作的高性能半导体氢气传感器是该领域关注的热点。本文采用水热合成技术制备MoO3纳米带,利用在含氢气氛中退火和Fe元素掺杂对纳米带的室温氢敏性能进行优化,结合第一性原理计算对其性能增强机理进行了分析。主要研究内容如下:（1）理想单层MoO3以及Fe掺杂单层MoO3的氢敏性能计算。基于第一性原理密度泛函理论,模拟了理想单层MoO3以及Fe掺杂单层MoO3对氢气的敏感行为。对理想单层MoO3（010）表面而言,材料缺少有效的活性位点,表面不会吸附O2和H2分子。Fe原子取代理想单层MoO3（010）表面的一个Mo原子形成Fe-MoO3结构,在Fe位点处失去端氧原子并产生氧空位,结合能为-8.09 e V。环境中的O2分子能够垂直于MoO3（010）面在氧空位处形成稳定的化学吸附,并从Fe-MoO3表面捕获0.2 e的电荷量,使Fe-MoO3中的载流子浓度降低;当处于H2氛围中时,表面化学吸附的O2会与H2发生氧化还原反应生成H2O分子,释放1.01 e的电荷量,使Fe-MoO3中的载流子浓度增加。在理想单层MoO3中用2个Fe原子取代2个Mo原子形成2Fe-MoO3结构时,会产生两个氧空位,平均结合能为-6.432 e V。2Fe-MoO3能够与环境中的两个O2分子形成稳定的化学吸附,其表面失去的电荷量为0.37 e;随后与H2发生氧化还原反应,2Fe-MoO3获得的电荷量为1.92 e。该工作对MoO3材料的室温改善研究具有理论指导意义。（2）MoO3材料在含氢气氛中退火的的室温氢敏性能。以Na2MoO4·2H2O作为钼源,采用水热法合成了平均长度为20m的正交相MoO3纳米带,并在含氢气氛中进行退火处理。在含氢气氛中的退火温度是影响MoO3纳米带中氧空位含量的关键因素。当退火温度为300℃时,相对未进行退火处理的MoO3纳米带,其对1000 ppm H2的响应时间从21.2 s减小到10.9 s,恢复时间从80.1 s缩短至30.4 s,响应灵敏度提升了3倍左右。在含氢气氛中退火能够将MoO3纳米带表面Mo6+部分还原成Mo5+,提高了MoO3纳米带表面的吸附氧含量。MoO3纳米带中氧空位的增加是改善其室温氢敏性能的主要原因。（3）Fe掺杂MoO3纳米带的室温氢敏性能。将Fe（NO3）3·9H2O作为Fe源,通过水热法制备了不同含量Fe掺杂的MoO3纳米带材料。当Fe含量在2-6 at%时,材料的室温氢敏性能随Fe含量的增加而增加。当Fe含量继续升高时,过多的Fe3+取代Mo6+会使MoO3晶格发生畸变,使得MoO3沿着[001]方向生长的困难增加,样品尺寸变小且分散性变差,阻碍了MoO3与H2之间的反应使其室温氢敏性能降低。当Fe掺杂含量为6 at%时,MoO3纳米带在室温下对1000 ppm H2响应性能最优,响应灵敏度约为26.3,响应和恢复时间分别约为22.3 s和34.7 s。当Fe元素以Fe3+掺杂进入MoO3晶格后,由于与Mo6+价态不同,提升了MoO3纳米带中氧空位含量。同时,掺杂后材料的比表面积增大也有利于改善其室温氢敏性能。