随着当今全球经济、工业以及科技突飞猛进地发展,世界各国的能源和环境问题也日趋严重,因此大力发展新型清洁能源成为了世界各国解决当前所面临问题的重要手段之一。近年来国内外众多研究者开始致力于可溶铝合金水解制氢技术的研究,研究者们对于铝合金的成分设计从最初的Al-Ga、Al-In和Al-Sn二元合金,到Al-In-Sn和Al-Ga-In三元合金,再到Al-Ga-In-Sn四元合金,并且发现Al-Ga-In-Sn四元合金相对于二元、三元合金具有更高的产氢量和更快的产氢速率,且随着合金中Al含量逐渐增加,合金的产氢性能也逐渐增强。关于铝水反应的发生机理,研究者们认为其不仅与合金中存在的Ga-In-Sn共晶相有关,还与合金中存在的InSn₄相和In₃Sn相有关。然而目前还未有通过将合金中In:Sn成分专门调配为1:4和3:1来制备合金并研究其含量和分布对合金性能的影响。第一性原理计算方法能够通过模拟材料的微观尺度,对材料的电子结构、力学性质以及各种缺陷性质等进行预测和分析,目前也有不少学者将该方法应用到研究合金材料的元素成分及含量配比中,从而为合金材料的制备提供理论上的指导。因此,本课题一方面在保证合金中铝含量尽可能最大化的前提下,通过调控合金成分配比来制备活性可溶铝合金,并研究其对产氢性能的影响,另一方面则利用第一性原理计算来模拟研究合金中所形成的固溶体和第二相的各项性能,通过将理论计算结果与实验结果相结合,探索分析合金中固溶体和第二相含量及分布对各项性能的影响,并为提高可溶合金的产氢性能提供新的方法。本文利用熔炼浇铸法制备不同合金元素配比的Al-Ga-In-Sn（In:Sn=3:1）系和Al-Ga-In-Sn（In:Sn=1:4）系两组四元铝合金试样,利用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪、差示扫描量热仪、纳米压痕仪对合金的微观组织形貌、相组成、熔点以及力学性能进行了测试分析;利用搭建的铝水反应测试系统对合金的产氢量和产氢速率进行了测试,研究了不同合金元素配比、第二相分布、铝晶粒尺寸和反应温度对产氢性能的影响,同时分析了合金发生铝水反应的机理;利用第一性原理计算分析铝合金中形成的固溶体和第二相的电子结构、热力学性能以及力学性能,并将实验结果与理论计算结果相结合,探索固溶体和第二相含量及分布对Al-Ga-In-Sn四元可溶铝合金性能的影响。论文的主要研究结果如下:Al-Ga-In-Sn（In:Sn=3:1）系合金中均形成了Al（Ga）固溶体和In₃Sn相,成分为Al-5Ga-3.75In-1.25Sn合金的产氢性能相对较好;Al-Ga-In-Sn（In:Sn=1:4）系合金组织中形成了Al（Ga）固溶体和InSn₄相,成分为Al-3Ga-1.4In-5.6Sn合金的产氢性能相对较好;合金中铝晶粒尺寸越小,合金的产氢性能越好;合金中Ga、In、Sn含量过低会导致合金的产氢量和产氢速率下降;铝水反应温度降低会导致合金的产氢量和产氢速率下降;Sn比In具有更高的反应活性,合金成分中Sn的含量高于In,会使合金与水反应时的活性增强,反应速率加快。第一性原理计算分析Al_0.95Ga_0.05固溶体和In₃Sn相的晶体性质表明Ga在Al中的固溶使合金的稳定性降低、韧性减弱、各向异性程度增大,但使合金的硬度、抗压缩、抗切应变以及抗形变性能提高;In₃Sn相表现为脆性且沿弱键方向上存在发生脆性断裂的可能,同时还存在明显的各向异性,其力学性能相较于Al_0.95Ga_0.05固溶体而言差一些,并且与纳米压痕测试结果中In₃Sn相的硬度和弹性模量均低于Al（Ga）固溶体相吻合;同时验证了所制备的合金中因为低熔点相的存在而变得更脆,力学性能变差。