高效、安全与经济的储氢技术是氢能规模化应用的一个关键。新型Li-Mg-N-H储氢材料因具有较好的综合吸放氢性能而备受关注,但较高的吸放氢操作温度与较差的动力学性能阻碍了其实用化。本文在全面综述国内外有关Li-Mg-N-H储氢材料研究进展的基础上,采用实验与第一性原理计算相结合的方法,系统研究了球磨时间与LiNH2-MgH2材料吸放氢性能的关系,不同相结构Li2MgN2H2的制备方法及吸放氢性能和机理,NaBH4、NaOH与KOH添加对Mg(NH2)2-2LiH材料储氢性能的影响及其作用机理,揭示了Li-Mg-N-H材料的成分、结构与储氢性能的相关性,为进一步改善金属-N-H体系储氢材料的吸放氢性能奠定了基础。对LiNH2-MgH2材料吸放氢性能的研究发现,在球磨和加热过程,LiNH2可以与MgH2发生一系列反应,最多放出-6.3 wt%氢气。机理研究表明,不同时间球磨的LiNH2-MgH2样品具有不同的吸放氢反应路径。LiNH2与MgH2在球磨过程首先发生交换反应,转变为Mg(NH2)2、MgH2和LiH的混合物。在随后的球磨和加热过程,Mg(NH2)2分别与MgH2和LiH反应放出氢气。进一步的研究发现,Mg(NH2)2和MgH2之间的放氢反应是一个热力学有利但动力学阻力较大的反应,较易在球磨过程中发生；而Mg(NH2)2和LiH之间的放氢反应是一个热力学适中的反应,较易在加热过程中发生。因此,球磨与加热过程中竞争反应的存在导致了LiNH2-MgH2材料的吸放氢性能及其反应路径与球磨处理密切相关。Li2MgN2H2的可逆储氢容量约为5.5 wt%,吸放氢温度相对较低,是一种具有良好应用前景的高容量储氢材料。研究表明,Li2MgN2H2的可逆吸放氢性能与其晶体结构密切相关,而其晶体结构由Mg(NH2)2-2LiH的放氢温度与气氛压强决定。结果发现,在真空与250℃条件下放氢制备得到立方相Li2MgN2H2,在9.0bar氢/氩气氛与280℃条件下放氢制备得到正交相Li2MgN2H2。立方相与正交相Li2MgN2H2在一定条件下可实现可逆相变。立方相Li2MgN2H2的吸放氢操作温度均低于正交相,其中立方相Li2MgN2H2的氢化温度比正交相低-30℃,可逆放氢操作温度也低-10℃。实验结合第一性原理研究发现,正交相Li2MgN2H2的热力学焓值仅比立方相低5.2 kJ/mol,但其氢化反应的动力学势垒比立方相的要高48.5 kJ/mol。较高的吸放氢反应的动力学势垒是导致正交相Li2MgN2H2可逆吸放氢操作温度高于立方相的主要原因。为了改善Li-Mg-N-H储氢材料的吸放氢动力学性能,研究了NaBH4添加对Mg(NH2)2-2LiH材料吸放氢性能的影响。结果可知,Mg(NH2)2-2LiH-0.1 NaBH4样品具有较好的综合储氢性能,起始放氢温度从未添加样品的-130℃降低至～117℃,150℃时的放氢速率也提高至Mg(NH2)2-2LiH的3倍。晶体结构分析发现,添加的NaBH4在吸放氢过程中基本保持不变。进一步研究表明,NaBH4的添加增加了Mg(NH2)2晶体中的Mg空位浓度,Mg空位的形成不但减弱了N-H键的强度而且增加了小离子/原子的扩散与迁移能力,这是NaBH4添加提高Mg(NH2)2-2LiH材料吸放氢反应动力学性能的主要原因。对添加NaOH的Mg(NH2)2-2LiH材料的吸放氢行为的研究发现,随着NaOH添加量的逐渐增加,Mg(NH2)2-2LiH样品的吸放氢温度逐渐降低,其中Mg(NH2)2-2LiH-0.5 NaOH样品的起始放氢温度降低至～90℃。机理研究表明,添加的NaOH与Mg(NH2)2和LiH在球磨过程发生放氢反应,并转化为NaH、LiNH2与MgO混合物,NaH、LiNH2与MgO的协同作用显著提高了Mg(NH2)2-2LiH的可逆吸放氢性能。因此,复合添加剂的协同效应是研制Li-Mg-N-H储氢材料吸放氢用高效催化剂的一个重要方向。在上述研究的基础上,进一步考察了KOH添加对Mg(NH2)2-2LiH材料吸放氢性能的影响及其机理。结果发现、KOH添加可以显著降低Mg(NH2)2-2LiH样品的吸放氢操作温度、提高其吸放氢动力学性能,同时抑制放氢过程中NH3副产物的产生。Mg(NH2)2-2LiH-0.07KOH样品的起始放氢温度降低到～75℃,140℃时的放氢速率是Mg(NH2)2-2LiH样品的22倍,100℃的氢化速率是其26倍。机理分析表明,添加的KOH与Mg(NH2)2和LiH在球磨过程发生放氢反应,并导致了Mg(NH2)2-2LiH样品在加热过程的吸放氢反应路径的改变。在加热过程中,部分Mg(NH2)2与LiH在含钾化合物的作用下先放氢转化为MgNH与LiNH2,然后剩余的Mg(NH2)2及LiH与新生成的LiNH2及MgNH在含钾化合物的作用下继续放氢生成立方相Li2MgN2H2。吸放氢反应路径的改变是KOH添加改善Mg(NH2)2-2LiH材料的吸放氢热力学与动力学性能的主要原因。