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金属Mg因储氢密度大，资源丰富以及价格低廉而备受世界各国研究者关注。但目前仍存在吸放氢温度高、动力学性能差等问题，对影响镁基储氢材料吸放氢性能的结构因素依然认识不清。本文提出构效关系的概念，首先研究了纯镁的静态储氢性能及吸放氢前后的形貌结构变化，然后分别以煤基碳、MoS2、 Co为添加剂，以金属镁为储氢基体，用氢气反应球磨法制备了不同物相组成、不同晶体结构的镁纳米晶储氢材料，采用XRD、SEM、TPD等方法对储氢材料的结构及性能进行了表征测试，并采用Jade6.0软件对储氢材料的晶体结构参数进行了计算，分别采用Arrhenius公式和Kissinger公式计算了储氢材料的表观吸、放氢活化能，最后分析了储氢材料的各个晶体结构参数与其吸放氢参数之间的关系。 对纯镁的静态吸放氢性能及吸放氢前后的结构研究表明:100-200目镁粉吸放氢温度高，且速率缓慢，在420℃下氢化后变成透明的片状MgH2和直径为400-1000nm的纤维状MgH2。两种形状的MgH2均为四方晶系的β-MgH2;纤维状MgH2形成于片状MgH2基体内部，沿着[001]晶向生长;放氢之后，片状MgH2变成了具有裂纹的Mg颗粒，纤维状MgH2放氢之后发生结构塌陷，并断裂形成小段的线状Mg，两者表面均显露出直径为60 nm左右的镁颗粒。 碳化无烟煤、MoS2和Co都具有良好的助磨作用，在充氢反应球磨Mg时，均可有效防止Mg颗粒发生焊接，并使镁颗粒经3h的球磨就可达到纳米级。添加碳化无烟煤时，球磨过程中Mg的氢化速率最快，氢化后形成β-MgH2和γ-MgH2两种晶型的MgH2，而添加MoS2和Co的Mg在相同球磨时间内氢化转化率较低，球磨后只生成β-MgH2。对Mg-C储氢材料研究结果表明:β-MgH2的晶体粒度与储氢材料的放氢温度之间无线性相关性，而其晶胞参数a与储氢材料的放氢峰温成负相关。球磨时间从3h延长到15h，β-MgH2晶体粒度从19nm减小到6.6 nm，晶胞参数a从0.4541nm减小到0.4499nm，放氢峰温温度却从300.7℃升高到393.3℃。DSC测试结果显示球磨时间超过10 h的70Mg30C储氢材料中2个相连的吸热峰，对DSC曲线积分并计算焓变后发现，有两个吸热峰的70Mg30C比对只有1个吸热峰的70Mg30C计算出的焓变小1倍，分析认为DSC出现的两个吸热峰实际是由储氢材料的放氢时的吸热效应和材料自身发生物理变化时的放热效应发生干涉叠加而形成。 利用具有粘结性的烟煤替代部分碳化无烟煤，与镁一起球磨、热处理制备了粘结成型的镁纳米晶储氢材料。结果表明:添加15 wt.％烟煤，即可有效将纳米镁粉体粘结成型;热处理温度、气氛和升温速率对成型储氢材料的结构影响较大，在Ar气氛中热处理时，热处理温度高于550℃可导致储氢材料中的Mg易与C发生反应，生成Mg2C3，Mg2C3在较低温度下无法氢化还原，导致储氢量下降;在1.0 MPa氢气气氛中热处理时就不会生成Mg2C3。FTIR和GC测试结果显示碳会随着镁的吸氢而化学吸附少量氢，形成C-H键，这部分氢在加热时以甲烷、乙烷等小分子烃的形式释放出来。 在碳化无烟煤助磨下，充氢反应球磨制备了铝含量相同的镁铝合金和镁铝混合物储氢材料，对比研究表明:镁铝合金比镁铝混合粉末球磨制备的储氢材料具有更好的吸氢动力学性能以及循环稳定性。镁铝合金储氢材料70(Mg-Al)30C在350℃、2.0 MPa H2下10 min内即可完成吸氢，且储氢量可达4.60 wt.％。合金中的Mg17Al12相热稳定性差是造成这种差异的主要原因，它在储氢材料吸放氢过程中发生可逆反应Mg17Al12+12H2=17MgH2+Al，Al在储氢材料放氢过程中起到原位催化作用。由Arrhenius方程和Kissinger方程分别计算出70(Mg-Al)30C静态吸氢、放氢表观活化能分别为64.2 kJ/mol和75.1kJ/mol。充氢反应球磨镁铝合金和镁铝混合粉末分别会产生“扁平”形的和“高瘦”形的四方β-MgH2晶胞，两种形状都会导致储氢材料放氢温度降低。 在充氢球磨制备Mg-MoS2储氢材料时发现，球磨3h后储氢材料中的Mg会发生(002)晶面择优取向现象，具体表现为XRD谱图中(002)晶面的衍射峰强度明显超过(101)晶面的衍射峰强度成为第一强峰，延长球磨时间可以打破这种晶面择优取向的现象。当Mg发生晶面择优取向时，球磨过程以及静态吸氢都很难吸氢。研究认为H原子更容易从(101)进入Mg晶格，因此当(101)暴露面积少时，Mg不容易吸氢。Mg的晶面发生择优取向是球磨过程中一个必经阶段，三种助磨剂打破Mg晶面择优取向的难以顺序为:碳化无烟煤＜Co＜MoS2。Mg-MoS2储氢材料的放氢峰温与β-MgH2晶胞参数a成负相关性，与其他晶胞参数无一致相关性。随着β-MgH2晶胞参数a从0.4514 nm增大到0.4533 nm，放氢峰温从417.0℃降低到325.9℃。 Co对储氢材料的吸放氢具有优异的催化作用，充氢球磨5 h制备的80Mg10MoS210Co的初始放氢温度和放氢峰温分别为175℃和248℃。球磨3h的80Mg20Co在320℃、2.0 MPa氢气下5 min吸氢量即可达到5.0 wt.％。当其中β-MgH2的晶棱a值相同时，三种储氢材料的放氢峰温由低到高依次为:Mg-Co＜Mg-C＜Mg-MoS2。 对镁纳米晶储氢材料晶体结构参数与其放氢温度关系的研究表明:β-MgH2的晶胞参数a、c的大小对储氢材料的放氢温度影响最大，当c处于正常范围内时，储氢材料的放氢温度随晶胞参数a的增大而降低，随a的减小而增大，Mg-C，Mg-MoS2，Mg-Co三种储氢材料都符合这一规律;当c值过大或过小时，其对放氢温度的影响就会超过a，含Al的储氢材料符合这一结果。