近年来，由于环境污染和能源危机，作为清洁的二次能源-氢能源受到了广泛关注。实现高效、零污染的氢能经济的核心环节是开发适合的储氢材料，以满足车载燃料电池的需求。其中，Mg基材料由于储氢量高、成本低、重量轻，因而被视为最具商业化前景的轻质储氢体系。但是，其吸放氢温度较高、动力学性能较差，需要提高储氢性能以满足实际应用。通过溅射的方法制备Mg基纳米晶薄膜，不仅可在纳米尺度上精准调控材料的成分、尺寸、结晶度和界面，还可以在保证小尺寸的同时，减少氧化，提高储氢性能。此外，Mg基薄膜作为最新一代的氢致光变特性材料，在吸放氢过程中表现出独特的光学和电学性质的可逆变化。基于此，本论文通过磁控溅射制备Mg基薄膜，研究其储氢性能、氢致光变特性及应用，主要包括以下五个方面：　　 一、在磁控溅射过程中通过控制原位退火温度，调控Mg基纳米晶薄膜的结晶度和颗粒尺寸等。利用原位光学和电阻表征方法，深入研究微观结构对Mg-Pd薄膜吸氢动力学性能和氢致光变性质的影响，并建立退火温度与储氢性能的对应关系：473 K>423 K>298 K>523K、573K。由于具备适合的形貌与结晶度，在473K下原位退火2h的Mg基薄膜表现出最好的吸氢动力学性能和氢致光变特性。该样品可在353K或室温下吸氢，并在353 K下完全放氢，满足车载燃料电池对储氢材料工作温度的要求。此外，Mg-Pd薄膜在吸放氢过程中同时发生显著的光学、电学性质的可逆变化，实现从高反射的金属到透明绝缘体之间的转变。　　 二、通过磁控溅射方法制备高性能的Mg基纳米晶薄膜，深入研究其在温和条件下的吸放氢动力学性能。薄膜可在353 K下吸氢生成透明的宽禁带半导体氢化物，并且在室温空气中迅速完全放氢，生成高反射的金属薄膜。通过建立薄膜模型，将电阻、光学、电化学数据拟合计算得到氢含量、活化能和氢扩散系数。随着吸氢循环次数的增加，吸氢速率明显加快。放氢过程中遵循成核生长机理，氢扩散过程为放氢的决速步骤。Mg基薄膜在空气中放氢的总活化能为80 kJ mol-1。在298 K时的氢扩散系数为6.5×10-15c㎡ s-1，相应的扩散活化能为67 kJ mol-1。由于在温和条件下、室温空气中具备较好的放氢动力学和循环稳定性能，因此Mg-Pd薄膜不仅满足美国能源部对储氢材料的发展要求，也因为其在吸放氢过程中独特的光、电性质转变，可应用于智能涂层领域。　　 三、通过磁控溅射精准调控Mg基薄膜的界面和结构，系统研究它们在气致、电致、化学溶液致吸放氢过程中的储氢性能和氢致光变特性。在353 K、0。1 MPa H2下，或在碱性溶液中调控电压，或在含有NaBH4的碱性溶液中，Mg基薄膜均可以吸氢生成无色透明的绝缘体。然后，在室温空气中、或调节相反方向的电压、或在H2O2溶液中放氢生成高反射的金属。其中，由于具备协同作用、更多的Mg-Pd界面和增强的钳位效应，三明治结构的Pd-Mg-Pd薄膜表现出较快的吸放氢动力学性能、较高的电化学可逆容量和优良的氢致光变特性。　　 四、通过磁控溅射制备Pd-Mg-Pd纳米晶薄膜，分析其在温和条件下（室温）的储氢性能和氢致光变特性。薄膜可在室温298 K、4×103 Pa H2（较低的氢压）条件下迅速完全氢化，并在室温空气中较快速放氢。建立薄膜模型，通过电阻、光学、电化学等表征深入分析吸放氢机理。Pd-Mg-Pd薄膜在空气中放氢的活化能为48 kJ mol-1，298 K下的氢扩散系数为8.0×10-15cm2 s-1，扩散的活化能为67 kJ mol-1。通过光学和电阻的原位表征研究了Pd-Mg-Pd薄膜在智能玻璃涂层和氢气传感器领域的应用。　　 五、利用磁控溅射制备不同膜厚的Mg基薄膜，通过调控Mg层厚度，研究在温和吸放氢条件下，单一维度上的纳米尺寸效应对储氢性能和氢致光变特性的影响。通过建立薄膜模型，拟合光学、电阻和电化学数据，深入分析Mg基薄膜在气致、电致、化学溶液致过程中的吸放氢机理。随着Mg层厚度减少，薄膜的吸放氢动力学性能显著提高、氢扩散系数增加、初始吸氢流量增大、放氢活化能减小。吸氢过程中存在着竞争机制，升高温度或降低初始氢气压力可以减少MgH2阻挡层的厚度，提高吸氢速度和储氢量。Mg基粉体储氢材料实现在温和条件下较快速吸放氢的临界颗粒尺寸为60 nm。