镁具有储量丰富、成本低、储氢量大(7.6 wt.%)等优点,在能源材料的开发和利用方面备受关注。由于纯镁的吸放氢热力学稳定性过高和动力学缓慢而无法获得被广泛应用,而掺杂催化剂是改善镁基储氢材料性能的有效手段。本文以过渡金属Ni和稀土金属氧化物La2O3为添加剂,以金属Mg为储氢基体,采用机械球磨法在20 Hz的球磨频率下球磨1 h,分别将Ni和La2O3掺杂到Mg颗粒中,再通过高压气体吸附法制备了 Ni/Mg和La2O3/Mg储氢材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等方法对储氢材料的形貌结构进行表征;通过p-c-T曲线(等温吸附曲线)、吸放氢动力学曲线和DSC曲线对储氢材料的性能进行了测试分析,分别采用van’t Hoff方程计算了储氢材料的吸放氢焓变,采用Arrhenius方程计算了储氢材料的表观吸放氢活化能,从热力学和动力学两个方面分析了 Ni和La2O3对Mg储氢性能的影响。球磨过程中硬度大的Ni和La2O3颗粒对硬度小的Mg颗粒均有助磨作用,使Mg晶粒快速减小至纳米级,与XRD测试数据精修拟合后的计算结果相一致,有利于吸氢过程中提高Mg的吸氢速率和放氢速率。从TEM图像和XRD图谱可以看出,在350℃吸氢后仍然存在Mg,这表明Mg在350℃时没有完全氢化。球磨过程中Ni不与Mg发生反应,只是起助磨作用;但是在加氢和放氢过程中Ni、Mg与H2反应,生成了 Mg2NiH4,从而导致放氢过程分段进行,表现在DSC曲线上有两个吸热峰。球磨过程中La2O3也不与Mg发生反应,只起助磨作用;在吸放氢过程中La2O3不与H2反应。DSC曲线分析发现Ni和La2O3催化分别可使MgH2的放氢温度降低29℃和4.6℃。p-c-T曲线分析表明,添加Ni和La2O3均使得Mg的吸氢活性增加,从而导致平衡氢压降低。动力学曲线分析表明,随着Ni或La2O3的加入,Mg的吸放氢速率和MgH2的放氢速率显著加快。通过计算反应的活化能发现,Ni的催化作用使得Mg吸氢反应活化能和MgH2放氢反应活化能分别降低了 58.9 kJ/mol、45.34 kJ/mol,而La2O3的催化作用使Mg吸氢反应活化能和MgH2放氢反应活化能分别降低了 49.8 kJ/mol、23.05 kJ/mol,说明添加Ni和La2O3均显著改善了 Mg的吸氢动力学性能和MgH2的放氢动力学性能,且Ni的催化效果优于La2O3。