面对越来越严重的环境污染及能源危机,人类面临的紧迫任务是开发非污染而且能够再生的新能源。氢能作为一种新型的清洁能源,是21世纪非常重要的新能源之一。氢的廉价制取、安全高效储存与输送及大规模化应用是当今研究的重点课题,而氢的储存是氢能应用的关键所在。储氢材料能可逆地大量吸放氢,在氢的储存与输送过程中是一种重要载体。镁基储氢合金因其具有较高的储氢容量、资源丰富和良好的吸放氢平台而被认为是最具有应用价值的金属储氢材料之一。本文以A₂B镁基储氢材料Mg₂Ni为研究对象,采用密度泛函理论（DFT）的第一性原理平面波赝势（PWP）方法,研究了Mg₂Ni及其低温相氢化物的晶体结构、电子密度分布、态密度分布和氢化反应的焓变;研究了分别使用3d元素（Cr、Mn、Fe、Co、Cu）、Sn原子取代合金中的Ni原子对合金进行改性,讨论了取代前后储氢合金及其氢化物在晶体结构、电子密度分布、态密度分布和氢化反应的焓变等性质上的变化,以此为依据来评价“取代法”对合金改性的效果。本论文的研究内容分为五章。第一章,介绍了近年来国内外对Mg₂Ni储氢合金改性的实验以及理论研究的情况。第二章,对现代量子化学中的密度泛函理论进行了简单介绍。第三章,采用第一性原理对Mg₂Ni储氢材料及其氢化物性质的理论研究,对Mg₂Ni及其氢化物的晶体结构、电子密度分布、态密度分布和氢化反应的焓变等性质的理论研究,研究发现在Mg₂Ni中沿着晶胞a轴方向Ni-Ni的相互作用最强,在氢化物中H原子与Ni原子的相互作用最强,计算得到了Mg₂Ni合金氢化反应生成低温相氢化物的反应焓变,理论计算结果与实验值很接近,将对实际应用具有重要的指导作用。第四章,用3d元素（Cr、Mn、Fe、Co、Cu）取代合金中的Ni原子,研究表明用Fe、Co取代后,使新形成合金氢化物的稳定性升高,少量取代在数次吸放氢循环后,可能对防止合金粉末化起到一定的作用。Cr、Mn、Cu取代吸氢后,M（M=Cr、Mn、Cu）-Ni、Ni-H键能均有所减小,使合金吸氢反应的平衡压力升高,在很大程度上降低了放氢反应所需要的能量,导致氢化物的稳定性降低,有利于降低放氢温度。第五章,用Sn原子对合金中的Ni原子取代后合金性质的变化,以及改性的效果。使用半径较大Sn原子对Mg₂Ni合金的取代改性,在一定程度上削弱了Ni-H之间的相互作用,减弱了放氢阻力,随着H₂的逐渐加入平衡氢压p增大,氢化物的稳定性降低。Sn-Ni之间存在强相互作用,可能是在多次吸放氢循环以后也不易粉化的一个重要原因。本论文的创新之处:1.对储氢合金Mg₂Ni及其低温相氢化物LT-Mg₂NiH₄的晶体结构、电子结构以及能量进行理论计算,发现了低温相氢化物中存在Ni-H强相互作用,氢化物结构稳定,从理论上解释了低温相氢化物脱氢困难的原因。2.通过理论计算,用Cr,Mn,Cu、Sn原子对Mg₂Ni晶体中的Ni原子进行取代,使新形成合金氢化物的稳定性降低,有利于降低放氢温度。Fe-Ni、Co-Ni相互作用的加强,使新形成合金氢化物的稳定性升高,少量取代可能在数次循环后,对抗粉末化起到一定作用。3.研究了新型合金3d元素（Cr,Mn,Fe,Co,Cu）和Sn取代氢化的晶体结构和电子结构以及各氢化反应的能量变化。从理论上阐述了使用3d元素（Cr、Mn、Fe、Co、Cu）和Sn原子对Mg₂Ni储氢合金的取代改性的可行性。