在高容量固态储氢材料研究领域,Mg（BH₄）₂因拥有14.9 wt.%的高储氢容量而得到广泛关注。但是,Mg（BH₄）₂存在放氢温度过高、放氢动力学性能差、放氢过程复杂、可逆性差等缺点,严重影响了其实际应用。针对上述问题,本文以Mg（BH₄）₂作为研究对象,采用催化改性、氢化物复合以及纳米化改性等多种方式对Mg（BH₄）₂的储氢性能进行优化改性,以期实现对Mg（BH₄）₂基储氢材料放氢热力学和动力学以及循环放氢性能的显著改善,并探究阐明其改性机理。首先,本文采用两种双金属过渡金属氟化物K₂TiF₆和K₂NbF₇作为催化剂掺杂研究改善Mg（BH₄）₂的储氢性能。研究结果表明,K₂TiF₆和K₂NbF₇使Mg（BH₄）₂的起始放氢温度分别降低至105.4℃和118℃,并在280℃下等温放出超过6 wt.%的氢气。同时,Mg（BH₄）₂-3%K₂TiF₆体系的二次放氢容量达到2.7 wt.%,相比纯Mg（BH₄）₂可逆储氢性能得到提升。针对催化体系可逆吸放氢的机理研究表明,K₂TiF₆作为催化剂前驱体在放氢过程中生成了催化活性组元KBH₄和TiH₂,这些活性组元在吸放氢过程中起到了“氢泵”的作用,是K₂TiF₆催化改善Mg（BH₄）₂吸放氢性能的重要原因。其次,本文通过酸刻蚀法制备了具有层状结构的二维MXene材料Ti₃C₂并利用其掺杂改性Mg（BH₄）₂的放氢性能。结果表明,Ti₃C₂的加入使Mg（BH₄）₂的起始放氢温度下降至124.6℃,且升温至400℃时就可以放出超过11 wt.%的氢气,放氢性能显著提升。Ti₃C₂催化的Mg（BH₄）₂样品可以在330oC下快速放出10.71wt.%的氢气,而同条件下纯Mg（BH₄）₂只能放出5.28 wt.%的氢气,放氢动力学性能明显改善。对Ti₃C₂改性机理的研究表明,Ti₃C₂一方面能够部分被Mg（BH₄）₂还原生成金属单质Ti催化活性位点,另一方面其层状结构可为吸放氢过程中的Mg（BH₄）₂细小颗粒提供负载防止团聚,这种负载-催化协同作用是Ti₃C₂改性Mg（BH₄）₂的内在机理。为提高Mg（BH₄）₂的可逆储氢性能,本文还采取多种氢化物复合的策略,首先通过反应法制备了活性氢化物AlH₃,并研究了Mg（BH₄）₂-AlH₃复合体系和在此基础上加入LiH构成的Mg（BH₄）₂-AlH₃-LiH三元体系的放氢及循环性能。研究发现,Mg（BH₄）₂-AlH₃体系可以于130.8℃开始放氢,总放氢量达到11.9 wt.%,同时体系中Mg（BH₄）₂的放氢峰值温度相比未添加AlH₃的Mg（BH₄）₂降低超过20℃。研究表明AlH₃原位放氢生成的活性Al*改变了Mg（BH₄）₂的放氢路径并促进了其放氢过程。进一步加入LiH后,构成的Mg（BH₄）₂-AlH₃-0.5LiH三元体系可以在第二次和第三次循环放氢中分别放出3.95 wt.%和3.80 wt.%的氢气,循环放氢容量大幅提升。对该三元体系的吸放氢机理研究表明,LiH在再吸氢过程中参与吸氢反应和放氢产物中的MgAlB₄一起可逆吸氢生成LiBH₄和MgH₂,从而提高体系的循环储氢容量。在多元氢化物复合的基础上,进一步通过自组装法制备了多孔空心纳米碳球（HCNS）并将其用于纳米限域改性Mg（BH₄）₂-LiBH₄（LMBH）复合体系。结果表明,限域后LMBH@HCNS体系的放氢峰值温度降低至318.6℃,较块体LMBH下降了40℃。纳米化改性后的LMBH可以在280℃等温放出10.8 wt.%的氢气,放氢动力学得到改善,且可以维持稳定的4.5 wt.%循环放氢容量,相比于块体LMBH可逆性能大幅提升。对不同LMBH负载量的LMBH@HCNS体系研究发现,除了限域在HCNS微孔中的LMBH,随着LMBH加入量增加过量负载的LMBH会在HCNS表面形成一层纳米包覆层。该包覆层能在不影响体系纳米化改性效果的同时有效提升体系负载量,使体系的实际储氢容量增加。综合以上研究尝试,本文将碳材料添加、氟化物掺杂和氢化物复合等多种改性方式结合起来,通过液相剥离法制备了单层性较好的氟化石墨烯（FG）,并探究了FG对Mg（BH₄）₂-NaBH₄复合体系低温放氢性能的改性作用。研究表明,Mg（BH₄）₂-NaBH₄-FG体系可在114.9oC就开始放氢,相比Mg（BH₄）₂-NaBH₄体系其放氢温度降低了约100℃左右,整个放氢过程在数秒内就能完成,在150oC前体系总放氢量就能达到6.9 wt.%,显示出巨大的热力学和动力学双重改性作用。对FG改性机理的深入研究探明,FG一方面在球磨过程中与Mg（BH₄）₂和NaBH₄颗粒形成三维碗状结构有效负载细小的Mg（BH₄）₂和NaBH₄颗粒,另一方面作为反应物和Mg（BH₄）₂-NaBH₄反应生成NaMgF₃,改变了体系放氢反应路径,大幅降低了放氢反应焓变。这二者的协同作用是FG改善Mg（BH₄）₂-NaBH₄体系放氢性能的根本原因。最后,选取放氢温度更低的LiAlH₄替代NaBH₄作为氢化物添加组元,同时以更易得的氟化石墨（FGi）替代FG,制备了Mg（BH₄）₂-LiAlH₄-FGi新型三元体系并研究了其放氢性能。研究表明,Mg（BH₄）₂-LiAlH₄-30FGi体系可以于68.2℃在数秒内放出7.12 wt.%的高纯度氢气,是一种较为适宜的高容量固态一次储氢材料。研究表明,FGi的加入改变了Mg（BH₄）₂和LiAlH₄的放氢反应路径,使其放氢反应焓变分别大幅降低至-135.7和-173.4 kJ/mol H₂;而结构方面FGi的层片状表面负载LiAlH₄和Mg（BH₄）₂颗粒,LiAlH₄颗粒在FGi表面发生“点火效应”促使整个体系在近室温放氢,从而诠释了Mg（BH₄）₂-LiAlH₄-FGi三元体系的优良近室温放氢性能。