本世纪以来,化石燃料因消耗巨大而面临短缺问题。氢气作为一种高效、清洁、可持续的能源载体,被认为是最具发展潜力的化石燃料替代品。与此同时,氢燃料电池作为具有开发前景的能源转化装置,受到越来越多的关注。然而,现阶段氢能的发展遇到了技术方面的瓶颈,其最主要的障碍是氢的安全存储和有效释放。为了有效地解决这个问题,利用储氢材料进行原位产氢成为了具有现实意义的替代方式。氨(NH3)因储氢密度高、易液化、能提供高纯H2等优点,被当作一种理想的储氢材料。然而,到目前为止,低温氨分解技术还存在很多未解决的难题,设计并合成高催化活性及高稳定性的氨分解催化剂是解决这些问题的关键。因此,运用密度泛函理论进行催化剂的设计并采用油胺体系进行尺寸可控的实验研究。其主要结论如下:(1)应用DFT方法研究镍基纳米粒子的尺寸效应。以Ni19、Ni44、Ni85、Ni146团簇为研究对象,氨分解反应为模型进行理论研究。通过分析中间体的吸附能以及反应热曲线可知:在氨的分解过程中,催化性能顺序为Ni44>Ni146≈Ni85＞Ni19。而在N2脱附的过程中,相较于其他团簇,N2更易从Ni146团簇表面脱附。此外,分子动力学研究表明,较大的团簇具有较高的热力学稳定性。综合热力学及动力学可知:Ni146纳米粒子相较于其他纳米粒子(Ni19、Ni44、Ni85)具有更高的催化活性及稳定性。(2)为证明上述的理论研究,采用油胺体系,通过调控还原温度、金属盐量、还原剂浓度以及还原方式等参数,制备尺寸均一的1.5～8 nm金属镍纳米晶,并将其负载到大孔径的MCF-17载体上。然后对制备的催化剂进行氨分解催化性能测试,结果表明镍纳米颗粒的催化性能受尺寸因素所控制,镍纳米粒子的尺寸效应会随着温度的升高而显得更加明显。尺寸在3 nm附近的Ni纳米粒子具有最佳的氨分解催化活性,且其活性可能受B5活性位浓度影响。(3)通过DFT方法,研究Ni13、Cu3和Ni12Cu团簇本身的性质(稳定性),然后研究吸附中间体在这些团簇表面的性质,绘制这些团簇的氨分解过程相对能量图,系统地评价它们的催化氨分解活性。结果表明,反应中间体N原子在Ni12Cu团簇上的吸附能为-5.93 eV,与氨分解火山型曲线上的峰值-5.81 eV非常接近。与此同时,分析氨分解过程相对能量图可以得知,NH中间体的脱氢过程是吸热的,而其余步骤都是放热的,因此这一步是氨的分解过程中的速率决定步骤。此外,Ni12Cu团簇的催化性能也可由态密度来解释说明,研究表明中间体吸附能的强弱与团簇本身d带中心的大小紧密相关。