镁氢化合物储氢容量相对较高,氢的重量密度达到7.6 wt%,体积密度达到110g/L,能量密度为9 MJ/kg,而且镁在自然界广泛大量存在,成本很低,在未来很有希望成为商业使用的储氢材料。然而对于实际应用,MgH₂有两个严重的不足:第一是MgH₂很稳定,放氢温度超过300℃。第二是放氢和吸氢的速度很慢。在绪论部分,我们详细地回顾了储氢材料的概况,并突出介绍了镁基储氢材料的潜质及其应用上的技术难题,详述了解决该技术困难的常用方法和仍然存在的问题。在第二章,我们详细介绍了基于密度泛函理论的第一性原理方法和相关的计算软件VASP以及过渡态理论。运用第一性原理计算方法,我们系统的研究了四种典型的杂质金属:钛、铌、铝和铟掺杂在Mg（0001）表面不用镁原子层的结构稳定性。通过对比杂质金属在镁表面不同层时的取代能,分析掺杂体系的电子结构,确定稳定的掺杂表面结构。铟可以和镁互溶形成镁铟固溶体,其他杂质金属取代镁内层原子更加稳定。镁表面的电荷转移情况主要是由掺杂的杂质金属邻近的镁原子转移至掺杂原子。随后选取了杂质金属掺杂在Mg（0001）表面的不同结构,研究掺杂后镁表面的氢吸附性能,并与纯镁的表面结构进行对比。在有杂质金属掺杂的镁体系中,钛和铌与氢原子相互吸引,有利于氢原子的吸附,而铝和铟与氢原子的相互作用表现为排斥,有利用氢原子的扩散。基于前面有关的掺杂金属表面氢吸附稳定吸附位点的讨论,随后我们系统研究了杂质金属掺杂镁表面氢扩散性能,以及杂质金属掺杂后对氢扩散势垒的影响。我们发现相比纯镁体系,在钛或铌掺杂的体系中,氢原子扩散相对容易,因此有利用H-Mg-H三层原子结构的形成,以及H-Mg-H三层结构向氢化物的转变。在铝和铟掺杂的体系中,无论是掺杂在第一层还是第二层,吸附的氢原子都将远离掺杂原子扩散路径和纯镁体系无差别,铝和铟对于H-Mg-H三层原子结构的形成以及其向氢化物的转变没有帮助,但是铝和铟对于氢化物氢气的释放应该有积极作用。