硼氢化钠(NaBH4)具有理论储氢容量高(10.6 wt%)、成本低廉、环境稳定性高等特性,其应用前景广泛。然而,NaBH4较高的热稳定性以及缓慢的动力学性能致使其放氢温度偏高、吸放氢速率缓慢,从而限制了其应用。就NaBH4热放氢而言,掺杂催化剂可以降低NaBH4的放氢温度,加快氢气释放速率。因此,通过催化剂的优化筛选,可显著改善NaBH4的储氢性能,从而有效推进其实用化进程。在众多的催化剂中,石墨烯(G)由于其特殊的单层碳原子结构对NaBH4的储氢性能表现出显著的改善作用;同时,G的物理、化学及电子等性质可以通过杂原子掺杂或金属原子负载来调控,从而实现其性能的进一步优化。基于此,本文采用理论计算与实验研究相结合的方法,系统研究了 G以及功能化(掺杂/负载)G对NaBH4放氢性能的影响,并对其改性机理进行了探究,具体内容如下:首先,将纯G与NaBH4共球磨,研究了纯G对NaBH4放氢性能的影响及机理,发现G的掺杂可以有效抑制球磨过程中NaBH4颗粒的团聚,使其颗粒分布更加均匀;同时,由于G的催化作用,促使NaBH4的放氢温度得到了显著降低(降低了近114℃);G对NaBH4呈现出限域-催化协同效应,极大地改善了其放氢性能。第一性原理计算分析表明,NaBH4向基底G的电荷转移导致NaBH4分子内部电荷的重新排布,这可能是G掺杂致使NaBH4放氢性能改善的内在原因。接着,通过采用水热法将非金属元素氮/硼(N/B)掺杂至G,分别得到N/B掺杂的功能化石墨烯(NG与BG),并将其依次与NaBH4共球磨,通过对比发现,较纯G和BG而言,NG掺杂对NaBH4的放氢反应表现出更好的催化活性:NG掺杂的NaBH4储氢体系不仅表现出起始放氢温度的降低(约60℃左右),而且其MS曲线中的所有H2信号均移至左边较低温度区域。理论计算结果表明N掺杂G,相对于纯G而言,一方面进一步降低了 NaBH4的放氢焓,还同时增大了 G与NaBH4的界面结合能,从而进一步强化了 G对NaBH4的限域-催化协同效果。再者,进一步系统地研究了过渡金属Fe/Co/Ni负载的G(G-Fe/Co/Ni)对(NaBH4)n放氢性能的影响及机理。研究发现,G-Fe/Co/Ni对NaBH4的放氢反应具有较好的催化作用以及限域效应,其中,G-Co对降低(NaBH4)n团簇放氢焓的效果最佳;基于理论计算结果,进一步采用机械球磨法将G-Co与NaBH4复合制备得到NaBH4+G-Co储氢复合材料,其起始放氢温度较纯NaBH4而言降低了78℃左右,同时放氢温度范围也总体上移动至低温区域(包含峰值),从而很好地验证了理论计算中G-Co对NaBH4放氢性能的改性效果。