氢能是清洁新能源,氢能以其资源丰富、可再生、热效率高等优点备受关注。目前缺少一种安全、有效又经济的储氢方法是影响其商业开发的种要因素之一。传统的气态、液态和固态储氢方法都不是理想的方法,达不到商业运用尤其是作为车载移动能源应用的标准要求。目前广泛研究中的储氢材料有：碳基纳米材料、金属氢化物、MOFs结构储氢材料和有机小分子储氢材料。尽管有的研究认为有些材料的储氢密度已经很高,但是作为实际运用中都存在各自的问题。对金属铝的氢化物储氢性能的研究已经报道很多,但是在可移动存储设备的实际使用中依然有问题。本文研究的铝团簇储氢的机理有别于铝的氢化物。铝的氢化物储氢是通过金属对氢原子的化学系附完成的,而铝团簇是利用电荷极化达到吸氢的目的。本论文的工作是利用基于密度泛函的第一性原理进行的。Al10Li8团簇被Kumar认为是一种神奇的材料,我们先研究证明D5h结构的Al10Li8是最稳定的结构,又研究了其储氢能力和储氢机理。我们发现由于D5h结构的带隙是同分异构体中最宽的,而且Al-Al键是共价键,这两种因素决定D5h结构的Al10Li8是最稳定的。我们又对比了两种同分异构体的化学活性,验证了D5h结构的稳定性。Al原子具有较强的得电子能力,使Li原子带0.84个正电荷,促进了Li对氢分子的吸附。我们研究发现Al10Li8团簇的储氢机理符合Puru Jena提出的电荷极化机制。最后计算得到Al10Li8的理论最大储氢质量百分比达10.4wt%,平均结合能大约为77meV/H2。对由Al10Li8组合成的管状纳米材料,我们取Al3oLi32为研究对象,研究得到其理论最大储氢质量百分比达9.5wt%。若其足够长或无限长,理论最大储氢质量百分比达7.4wt%,平均结合能大约为80meV/H2。因此,这种纳米材料可以作为理想的储氢材料。过渡金属是对氢的吸附能较大,然而大量过渡金属会在基底产生聚集效应。寻找一种材料,使过渡金属原子能够均匀的分布在材料表面是目前大量研究的重点。多聚过渡金属酞菁化合物具备了这个要求。我们又利用第一性原理研究了在多聚过渡金属酞菁化合物上施加不同方向的应力对其储氢能力的影响。多聚过渡金属酞菁化合物(TMPc)呈片状结构,我们先研究3d、4d过渡金属与酞菁的合成情况,我们又研究TMPc在被拉伸不同程度时对氢分子的吸附能,发现在一定的拉伸范围内,拉伸的程度越大,过渡金属与吸附的氢分子距离越近,氢分子的氢键越长,此时TMPc对H2的吸附能也越大。当压缩TMPc片时,随着压缩酞菁片的程度增加,吸附能逐渐减少直至过渡金属原子不吸附氢分子。 TMPc吸氢的机制符合Kubas的电荷转移机制。3d过渡金属酞菁化合物储氢的理论最大质量百分比为1wt%左右。这是因为一方面在TMPc片状结构上,氢分子只能吸附在过渡原子上,由于空间局域性多个氢分子存在时它们之间有排斥力,影响了总的吸氢个数。另一方面,过渡金属吸氢是通过未占据d轨道与氢之间的电荷转移完成的,这就决定了如果过渡金属d轨道已被占据,其储氢能力势必较弱。研究表明,压缩TMPc可使其对氢分子的吸附能降低,可使已经吸附的氢分子释放。