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Mg-Al合金由于有许多优异性能，所以应用广泛。但其高温强度和韧性等力学性能还有待进一步加强。在Mg-Al合金中添加Sc元素会产生晶粒细化作用，能较好地改善合金的强韧性。为了分析Sc元素晶粒细化改善Mg-Al合金强韧性的原因，本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Mg-Al-Sc合金各体系的能量、晶体结构和电子结构。研究结果表明：体系各晶胞的晶格常数与体模量计算值与实验值一致，Mg-Al-Sc合金各体系的合金形成热与结合能中，Al-Mg-Sc和 Al3Sc合金的形成热和结合能要比纯Al和Al-Mg的低很多，其中Al3Sc形成热与结合能最低。这说明Al-Mg-Sc和 Al3Sc合金要比纯Al和Al-Mg更稳定，在常温下更易形成。再进一步分析Mg-Al-Sc合金体系各晶胞的电子结构，首先从态密度的分析得知在Al-Mg-Sc和 Al3Sc晶胞中，Al-3p和Sc-3d电子轨道杂化很强，Al原子和Sc原子之间有很强的共价键作用，再从电荷密度分析证实了合金体系中Al原子和Sc原子之间强的共价键作用。正是由于Mg-Al-Sc合金中Al原子和Sc原子很强的p-d电子共价键结合倾向，Al原子和Sc原子之间很强的共价键作用。
镁基储氢材料以其优异性能应用领域十分广阔，特别是在燃料电池方面前景诱人。如何提高镁基材料的充放氢的动力学性能，降低放氢温度，是当前的紧迫任务。最近，新型氢化物CsMgH3、Cs4Mg3H10和Cs2MgH4被合成，这类氢化物包含有八面体[MgH6]4-阴离子，为储氢提供了有效的体积。但其结构信息有限，对热力学性质更是知之甚少。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了氢化物CsMgH3、Cs4Mg3H10和Cs2MgH4的晶体结构、反应焓和电子结构。首先对各氢化物的晶格常数与内坐标进行了优化。由反应焓计算结果表明：CsMgH3、Cs4Mg3H10和Cs2MgH4既可由单质Cs和Mg在H2中反应生成，也可由二元氢化物如MgH2、CsH和H2反应合成，而前者更容易些。并且从各反应来看合成Cs4Mg3H10 反应焓最低，说明合成Cs4Mg3H10是最容易的，放氢的逆反应中反应焓最低的是CsMgH3，说明CsMgH3放氢最容易。由态密度和电荷密度的计算结果我们了解了各氢化物内部的成键机制，其中Cs和H之间是纯离子键，Mg和H之间的成键是强的离子键伴随着显著的共价键特性。