能源是现代社会发展的保障和基础,随着全球经济的迅猛发展和人类需求的不断提升,能源消耗与废弃物排放与日俱增,生态环境正在承受着巨大考验,低碳和无碳能源成为新热点,氢能迎合了这种趋势,可实现二氧化碳零排放。开发利用氢能需要为其寻找优良的载体,于是世界各国将目光聚集到了储氢材料的研究上。本文以镁基储氢合金为研究对象,在Mg₂Ni的基础上用Pd原子分别进行单、双边取代,探讨了Pd的取代对合金储氢性能的影响。所有计算基于从头计算的密度泛函理论,利用VASP软件包中的赝势和平面波基组。用PAW势来处理共价相互作用,PW91广义梯度函数作为交换相关函数。本文的第一章介绍了镁基储氢材料的实验和理论研究现状,第二章简要介绍了本文计算所涉及的理论基础和基本知识。论文主体分为三部分（即第三章到第五章）:第一部分,用比Ni半径大的Pd元素取代Mg₂Ni晶胞3d位置的Ni原子,使晶胞体积有所膨胀。合金吸氢后,晶胞发生较大变形,体积增大,有力于氢在体相内扩散。通过对电子分波态密度曲线下面积进行积分计算,Mg₂Ni中Ni-H原子间相互作用为0.66,而合金中Ni-H键的作用降为0.59,使氢与主要吸氢原子Ni的成键作用减弱,氢更容易脱出,有利于降低放氢温度。第二部分,用Pd替代3b位置的Ni原子,增大了晶胞体积,使合金吸氢后Ni-H间原子距离增长。经过电子密度分析,H2-Mg₂Ni中Ni与H原子间接近键鞍点处电子密度为0.70,而H₂-Mg₁₂Ni_6-x Pd_x（x=1,2,3）中Ni-H间接近键鞍点处电子密度为0.68,说明Pd取代Ni（3b）后,Ni原子对氢原子的吸引力减小,提高了活化性能,有利于释放氢。第三部分,计算了Pd取代Mg₂Ni晶胞下层Mg（6f/6i）原子前后晶胞的电子结构,在此基础上加氢,比较加氢后晶胞的变化。并且尝试了双取代。Pd增加了A侧电负性,削弱了B侧Ni与H之间的成键作用,使氢更易于活化。且替换6i位置优于6f位置,这种预测对实验有一定的导向作用。本文创新:1.运用基于密度泛函理论的第一性原理方法对Mg₂Ni合金及其氢化物的晶体结构和电子结构进行计算,利用Pd的电负性大于Mg,Pd的原子半径大于Ni,及Pd的强催化活性等特点,对Mg₂Ni两侧的原子进行取代,计算其电子结构在取代前后及加氢前后的变化,说明Pd取代的可行性,对实验研究有很好的导向作用。2.经过电子密度分析,选取晶胞下层三原子做电子密度等值线图,取接近键鞍点处电子密度值作比较,半定量的比较了Ni-H键强度的变化。经过态密度计算,作总态密度图（TDOS）和分波态密度图（PDOS）,通过成键峰位置和峰高的变化,比较了替代前后合金的稳定性。3.在电子态密度分布曲线基础上,利用本课题组自行研制的面积积分程序,对曲线下面积及重叠面积进行积分计算,从而能够定量的比较DOS图上原子间的成键大小和PDOS图上分波态电子密度的重叠情况。