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随着传统能源的日益枯竭,寻找可替代的可再生能源,逐渐成为全球共同关注的焦点。从经济型和环境友好型因素出发,氢能无疑是未来最有可能替代传统能源的清洁能源之一,氢能是未来最有可能替代传统能源的可再生能源之一。为了实现氢能的大规模实际应用,有效的储氢方式尤为关键且极具挑战性。Mg2Ni因为优点突出(储氢体积密度大、价格低廉、来源广泛)被认为是目前最具应用和开发前景的储氢合金之一。但是,由于较高的脱氢反应焓(64kJ/mol)和高的放氢温度,以及反应动力学和热力学性能较差,阻碍了其实际应用。为了改善Mg2Ni合金的吸放氢性能,科研人员在实验和理论方面均已有尝试在Mg2Ni合金及其Mg2NiH4氢化物中进行组分修正,发现掺杂第三类元素能够有效的改善热力学稳定性和吸放氢动力学性质。本论文通过采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算研究了Ti掺杂Mg2Ni和Mg2NiH4的结构和电子特征,揭示了Ti掺杂对于改善Mg2NiH4热力学稳定性的内在机理,深化了对复杂氢化物的结构特征及其内在机制的理解,为开发先进的储氢材料提供有价值的线索。论文的主要内容概括如下：(1)采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理系统研究了复杂二元合金Mg11TiMgNi5TiNi的结构和电子性能,通过计算Ti替代不同位置后的电子总能量来确定Ti掺杂的择优性。计算所得的形成焓表明,Ti共替代Mg和Ni的热力学稳定性介于单替代Mg和单替代Ni之间,这就意味着共替代在热力学上比单掺杂Ni更可行。计算所获得的化学亲和力低于两个单替代情况,意味着共替代合金相对应的氢化物有较低的稳定性,更容易释放出氢原子。进一步研究的电子结构揭示了共替代后Ti-Ni键的存在使Ni-Ni和Ni-Mg共价键受到了有效的弱化,而导致结果稳定性降低,降氢能力增强。(2)第一性原理对比研究了Ti单掺杂和共掺杂对MgzNiH4释氢性能的影响。与单掺杂相对比,较高的形成焓暗示着共掺杂后,体系在热力学上的稳定性较低。计算所得的Ni-H平均键长大于单掺杂的,表明较弱的Ni-H键和较不稳定的NiH44-。获得较低的退氢能表明,共掺杂后对降低Mg2NiH4退氢能的效果优于单掺杂,使退氢反应焓降低到纯Mg2NiH4的70%。电子结构进一步显示,共掺杂体系展现出金属性质,表现为费米能级坐落在掺杂带；共掺杂后的退氢机理可归咎于Ni-H键得到了有效的弱化,体系的能隙变窄。