石墨烯结构优异的二维材料特性使其成为高容量储氢材料。研究者已经通过金属修饰、官能团改性等方式来消除其在室温下由于自身化学惰性导致的储氢能力弱等缺点。引入石墨烯体系的金属会形成团簇,不利于储氢结构的稳定性并造成氢吸附位点的减小。基于此背景,本文利用非金属掺杂和吸氢能力较强的过渡金属(Pd和Sc)修饰双层石墨烯来增大金属与石墨烯层的结合能,减小金属团簇。本文通过第一性原理方法计算了过渡金属Pd和Sc原子分别在G-Pd-G和G(N)-Sc-G(N)储氢结构中各个吸附位点与体系的结合能,寻求最稳定储氢结构并对其进行了力学性能、光学性能、储氢机理的分析。具体研究如下:(1)利用第一性原理PBE方法研究了三明治结构G-Pd-G和G(N)-Sc-G(N)的柯西压力,结果表明两种结构都是脆性材料;掺杂N原子的G(N)-Sc-G(N)结构增强了该储氢材料的硬度和刚度。(2)根据结构对称性进行了金属吸附位位点测试。结果表明,在G-Pd-G储氢体系中,金属Pd吸附在T位结合能大于其实验内聚能,不易形成团簇;在G-Sc-G储氢体系中,金属Sc在各个吸附位的结合能都小于其实验内聚能,易形成金属团簇,降低储氢密度;非金属N引入双层石墨烯后,Sc在TT位的结合能远大于其实验内聚能,减小团簇,N掺杂增强了金属Sc与双层石墨烯体系的结合能从而增强体系稳定性。(3)根据G-Sc-G和G(N)-Sc-G(N)结构的光学性质分析了其释氢响应。结果表明,N原子的掺杂未改变储氢结构对光吸收、反射、折射敏感波段的范围,增强了体系在光敏感范围内的吸收率;在450nm-770nm波段(太阳光除紫外)内,N掺杂增强了释氢能力,可见光能量利用率高。(4)根据三明治结构石墨烯材料的电子性质计算了其储氢容量,G(N)-Sc-G(N)结构储氢容量比G-Pd(T)-G提高了3.3倍;相比金属氢化物、金属有机骨架,G(N)-Sc-G(N)可常温储氢释氢,储氢质量密度大,解决了氢燃料电池汽车高温及续航能力低问题。