高效、安全、经济的储氢技术是氢能规模化应用的关键。镁基储氢材料因其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及较差的动力学性能阻碍了其实用化。至今，有关镁基储氢合金吸放氢的热力学和动力学过程的微观机制仍未进行系统的研究。本文在全面调研国内外有关Mg₂Ni储氢材料的研究进展的基础上，采用第一性原理方法，基于从头计算的密度泛函理论，利用VASP软件包中的赝势和平面波基组，用PAW势来处理共价相互作用，PW91广义梯度函数作为交换相关函数，系统地研究了Mg₂Ni（010）,（100）表面及其吸氢后的晶体结构和电子性质，通过分析吸附氢原子的稳定位置、吸附能、电子密度分布和电子态密度，选择以Mg₂Ni（010）为基础，研究了Cr和Zr掺杂（010）表面对吸氢性能的影响和作用机理，揭示了Mg₂Ni储氢材料的成分、结构与储氢性能的相关性，为进一步改善镁基储氢材料的吸放氢性能提供了理论依据。本文第一章介绍了镁基储氢材料的实验及理论研究现状，第二章简要介绍了计算所涉及的理论基础。论文主体分五部分（即第三章到第七章）：第一部分，对Mg₂Ni（010）,（100）表面及其吸氢后的结构和性质进行了理论研究，弛豫后，伴随着褶皱的产生，可以加大与H的接触范围，有利于提高其吸附氢能力。氢在两个表面吸附后，有Ni顶位和Ni-Ni桥位两种稳定吸附位，在Mg₂Ni（010）上的3d-Ni顶位、3b-Ni顶位及Ni-Ni桥位的吸附能分别为-0.0717eV，-0.0432eV，-0.8684eV；在Mg₂Ni（100）上的3d-Ni顶位、3b-Ni顶位及Ni-Ni桥位的吸附能分别为-0.0710eV，-0.0445eV，-0.8693eV。结合吸氢后结构、吸附能、键长与电子密度分布分析，发现Ni顶位为物理吸附，Ni-Ni桥位为化学吸附，且Mg₂Ni（010）面与（100）面是性质相似的两表面，吸氢表现相类似。第二部分和第三部分，用Cr原子分别取代Mg₂Ni（010）表面上3d和3b位置的Ni，表面变得更不稳定，氢吸附在Cr掺杂Ni（3d）的Mg₂Ni（010）表面，形成四种稳定吸附位：Cr顶位、Ni顶位、Cr-Ni桥位和Mg-Ni桥位，其中前两个是物理吸附，后两个是化学吸附，其吸附能分别为-0.2917、-0.2683、-0.9402和-0.6655eV,桥位吸附更稳定的原因是H的1s态与Cr/Ni的4s态间的作用；Cr替代3b位置的Ni原子，氢吸附后形成三种稳定吸附位，其中，Ni顶位和Cr顶位为物理吸附，Cr-Ni桥位为化学吸附，Ni顶位、Cr顶位及Cr-Ni桥位的吸附能分别为-0.2967、-0.2677和-0.9126eV。通过电子结构研究发现物理吸附对表面和次表面的电子结构没有影响，而化学吸附会对晶胞内部电子产生影响。对比Cr替代3d和3b位置Ni的Mg₂Ni（010）面，发现替代3d处Ni原子，更有利于氢与Cr原子和Ni原子的均衡作用。第四部分和第五部分，用Zr原子分别替代Mg₂Ni（010）表面3d和3b位置的Ni，从表面能、占位能得出表面稳定性依次为Zr（3b）>Zr（3d）>Cr（3b）>Cr（3d），掺杂（010）表面中Ni的元素的电负性越大，吸氢后表面越不稳定。氢吸附后，两面均形成四个稳定吸附位，分别为Zr顶位、Ni顶位、Zr-Ni桥位和Zr旁空位。与清洁面吸附相比，顶位吸附能绝对值上升，桥位吸附能下降，Zr掺杂会促使吸附处于准分子吸附范围，使温度、压强等储氢条件温和化。综合分析认为H的1s轨道与掺杂元素以及Ni元素的最外层s和p轨道的相互作用强度是决定吸附氢稳定性的主要原因。本文创新点：1.弛豫后Mg₂Ni（010）及Mg₂Ni（100）两表面的吸氢能力有所提高。最稳定的氢吸附位是Ni-Ni桥位，放氢温度高的原因是H-Ni间强的相互作用。2.使用Cr或Zr对Mg₂Ni（010）表面中的Ni原子进行替代，吸氢后吸附位增多，表面原子与H作用减弱说明了Cr和Zr取代的可行性，为实验研究提供理论依据。3.对比Cr和Zr掺杂后的Mg₂Ni（010）表面吸氢，Cr掺杂后的Mg₂Ni（010）表面吸氢能力强于Zr掺杂。