充分利用氢能使用的分散性和不连续的特点，解决氢的储存问题，储氢材料是可供选择的最佳方案，而且用于储氢的材料必须具备成本低廉、安全性高、效率高、氢的再利用稳定性高等优点。新型纳米材料的出现为储氢材料的研究提供了新的研究方向和思路。本论文利用基于第一性原理的密度泛函理论计算方法，研究了石墨烯基纳米材料的储氢性能及吸附机理，主要内容包括以下几部分：⑴石墨烯因其具有较大的表面积和独特的孔隙结构而被认为是一种非常重要的储氢材料。石墨烯的大规模制备使得其作为储氢材料成为可能。Li掺杂石墨烯的结合能小于晶体的内聚能，Li会在石墨烯表明形成团簇，会降低基底材料的储氢量。我们发现氟掺杂石墨烯形成氟化石墨烯与Li相互作用后的强度增大，从而抑制了金属团簇结构的形成。另外，氟掺杂石墨烯后，石墨烯的π轨道在费米能级以下会产生很强的扩散，且被展宽。因此石墨烯中C-C间作用力会减弱，会和吸附的氟原子形成共价键。由此具有sp²杂化的C-C转化为sp³杂化，导致石墨烯结构的变形。掺杂锂后，碳的sp³和较多的sp²轨道杂化修正了变形的氟化石墨烯结构。锂掺杂在氟化石墨烯的一侧和两侧，可达到的储氢质量密度分别为9和16.2wt%。由于氟的电负性比锂大，因此锂会同时向氟和石墨烯转移电荷，从而产生较强的电场，使H2在Li附近发生极化。锂和石墨烯的杂化作用也有利于H₂的吸附。我们的结果证明了通过引入掺杂原子可以调控金属与基底材料的结合，从而为寻找可逆的储氢材料提供了理论依据。⑵与单层石墨烯相比，多层石墨烯还有层间范德瓦尔斯相互作用，这使得对电子特性的调制多了一条途径。现有的实验条件已能调控石墨烯片层数目及层间距。由于BN与C₂的等电子性，碳基纳米材料里的C被B和N取代后形成新型的类似于石墨烯的硼氮基纳米材料。由于B-N之间的离子键作用，使其构成的材料作为储氢材料与碳基材料相比表现出极大的不同。我们研究了通过改变双层固态纳米材料（硼化氮（BBN）以及石墨烯/硼化氮双层结构（GBN））的层间距，研究对储氢性能的影响。研究结果表明：通过调整双层结构的层间距，由于BN间极化作用产生的静电作用的影响，H₂产生了更多的结合态。当层间距增大到一定数值时，氢的吸附能会出现一个极低点，并伴有层间距的进一步扩展。以此时氢的结合作为初态，进一步计算了硼化氮以及石墨烯/硼化氮双层结构的储氢能力，发现石墨烯/硼化氮双层结构的Bernal层间堆叠方式更优于储氢，其储氢能力达到7.69wt%，氢的平均结合能为-0.20eV/H₂。同时用DMOL3-NVT和CASTEP-NPT两种分子动力学方法测试了此储氢材料的动力学稳定性。结果显示，在常温常压下，GBN作为储氢材料可稳定存在，并可实现可逆储氢。这种稳定不仅可减少储氢时的花费，而且也增强了在运输过程中的安全性。我们的计算结果为设计高密度储氢材料提供了很好的理论依据及可能的思路。