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随着全球经济的高速发展,人类面临着化石燃料资源日渐匿乏和生态环境恶化的双重压力,因此开发绿色新能源和研究节能材料意义重大。一方面,从新能源角度出发,氢能作为最具发展潜力的清洁新能源之一而受到广泛关注,而其中高储氢容量、低成本的铝氢化物被认为是最具有应用前景的固态储氢材料之一。本文在对国内外铝氢化物储氢材料研究进展全面综述的基础上,选择NaAlH4的加氢过程作为研究对象,采用机械球磨和后续氢化的方法合成了TiF3或Ti（OBun）4掺杂的Na3AlH6,通过XAFS、XRD、SEM和DSC/TG等材料分析手段,结合氢在Al（001）表面和掺杂Ti的Al（001）表面吸附和解离的第一性原理计算,系统地研究了加氢前后Ti原子周围局域结构的变化,进而了解催化过程,推断催化机理。另一方面,新型节能材料和节能技术的综合利用已成为当今建筑节能领域的研究热点之一。变色薄膜材料作为光学灵巧窗,集节能、装饰、隔热、保温于一体,具有广阔的应用前景。而通过文献综述发现,具有氢致氢致光电性能变化特性的镁基合金薄膜是一种新型变色薄膜材料,在建筑节能领域有巨大的应用潜力。因此,本文利用第一性原理计算了氢在Mg（0001）表面和掺杂Pd、Ti或Ni的Mg（0001）表面吸附、解离和扩散过程。然后在理论计算结果指导下,通过热蒸发法和电子束蒸发法制备了Ti或Ni催化的纯镁和LaMg2Ni合金薄膜,通过XRD、SEM、AFM、透射和反射光谱等实验手段,系统研究了薄膜脱/加氢前后光电性能的变化特性。具体研究内容及结果如下:1.含Ti催化剂催化NaH/Al粉末加氢反应的过程和机理利用X射线吸收近边结构（XANES）和扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）技术研究了TiF3或Ti（OBun）4掺杂的NaH/Al粉末在加氢前后Ti原子的化学价态及其局域结构的变化。研究结果表明:Ti离子在掺杂和氢化过程中,首先被还原,价态下降;然后Ti与Al原子结合,形成Ti-Al配位;此Ti-Al配位具有TiAl3型低配位壳层结构,其配位数随加氢温度的上升而增加。因此,可以推断,具有TiAl3型低配位壳层结构的Ti-Al配位是催化加氢的活性中心。利用XRD对掺杂TiF3或Ti（OBun）4的Nah/Al粉末加氢前后的相结构进行研究,并通过Rietveld结构精修对样品的相组成进行了分析。结果表明:ⅰ)氢化前,掺杂TiF3的NaH/Al粉末在球磨后由41wt.%的NaH和59wt.%的Al两相组成,而掺杂Ti（OBun）4的样品则由46wt.%的NaH和54wt.%的Al两相组成;ⅱ)掺杂TiF3的NaH/Al粉末在100℃、120℃和140℃下加氢生成Na3AlH6的质量百分比含量分别为44wt.%、56wt%和55wt.%,而掺杂Ti（OBun）4的样品在相应温度下加氢生产的Na3AlH6的质量百分比含量则分别为29wt.%、38wt.%和44wt.%;ⅲ)掺杂TiF3的NaH/Al粉末在100℃下氢化后能观察到Na3AlH6、Al和NaH三相,但在120℃和140℃下氢化后只有Na3AlH6和Al两相。而掺杂Ti（OBun）4的样品在三个氢化温度下都能观察到Na3AlH6、Al和NaH三相。这说明不同催化剂的最佳催化条件不同,需要根据需要进行调节。为了进一步分析和验证不同含Ti催化剂的催化作用,利用DSC-TG对掺杂TiF3或Ti（OBun）4的NaH/Al粉末在100-140℃下加氢后的样品进行热力学分析。DSC结果表明:所有样品在加氢后都具有Na3AlH6的相变峰和分解峰;Ti（OBun）4分解生成的碳氢化合物使得掺杂Ti（OBun）4的样品颗粒产生团聚,从而导致Na3AlH6分解峰向高温移动。TG结果表明:掺杂TiF3的NaH/Al粉末在100℃、120℃和140℃下加氢后的样品分别有1.0wt.%、1.3wt.%和1.1wt.%的失重;同样条件下,掺杂Ti（OBun）4的NaH/Al粉末加氢后的样品失重则分别为2.7wt.%、3.3wt.%和3.5wt.%。Ti（OBun）4自身的分解失重是掺杂Ti（OBun）4样品失重大于掺杂TiF3样品的主要原因。在实验结果基础上,利用第一性原理对氢分子在Al（001）表面和掺杂一个Ti原子的Al（001）表面的吸附和解离过程进行了计算。计算结果显示,氢分子在掺杂Ti的Al（001）表面的解离势垒约为0.20 eV,远小于在纯Al（001）表面的解离势垒1.06 eV。结合理论计算结果与实验结果,推断含Ti催化剂催化NaH/Al粉末的加氢过程的机理为:首先不论加入的Ti是何种形式,Ti原子在碰撞和扩散等作用下,价态下降并与贮氢体系中的Al原子形成具有TiAl3型低配位壳层结构的Ti-Al配位;随后氢分子在Ti-Al配位的表面被Ti原子催化解离成氢原子并形成Ti-H-Al配位,并通过扩散,扰动等过程,与NaH结合进而生成Na3AlH6或NaAlH4。因此,不同的含Ti催化剂的催化作用取决于其生成Ti-Al配位的数量和难易程度,使用不同的催化剂需要调节不同的最佳加氢条件。2.镁基合金薄膜的氢致光电性能变化通过第一性原理对氢分子在纯Mg（0001）表面和掺杂Pd、Ti或Ni的Mg（0001）表面的吸附解离,以及氢原子向体内扩散的过程进行了计算。计算结果表明:氢分子在纯Mg（0001）表面的解离势垒为1.05 eV,其表面存在表面效应,但只影响氢原子的浅层扩散;氢分子在Pd、Ti或Ni掺杂的Mg（0001）表面的解离势垒分别为0.33 eV,0.12 eV和0.078 eV,可见掺杂催化原子可以有效降低氢分子的解离势垒。在理论计算基础上,比较了Ti和Ni催化的纯镁薄膜的氢致光电性能变化特性。结果表明:Ni抗氧化性强,比Ti更有利于薄膜的制备和脱/加氢反应。随后,采用电子束蒸发法沉积LaNi/Mg多层膜,再于350℃真空退火合金化的方法制备了厚度为375 nm的LaMg2Ni合金薄膜。对该薄膜的氢致光电性能的研究发现该LaMg2Ni合金薄膜在脱/加氢过程中能够在不透明的金属态和透明的半导体态之间可逆地转变。在400-900 nm波长范围内,氢化后的平均透射率由0.03%增加至46.4%;同时,薄膜的电阻率也从0.2 mΩ·cm增加至10Ω·cm,即光电学性能变化的对比度皆大于104。利用扫描电子显微镜和原子力显微镜对脱/加氢前后薄膜的表面及剖面形貌进行了研究。结果表明,在氢化过程中薄膜表面的平整性降低且不可恢复,这是脱氢态中出现低反射现象的主要原因。