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在全球实施碳达峰、碳中和的一致目标下,船舶能源将由传统的化石燃料向低碳富氢的能源转变。氢能作为清洁的二次能源,具有易燃易爆、密度极低的特点,所以安全高效的氢气存储显得尤为重要。氢化镁（Mg H2）具有安全、价格低、良好的循环可逆性以及储氢量高（7.6 wt%）等优势,是一种非常具有应用潜力的储氢材料。尽管如此,Mg H2稳定的热力学性能以及迟缓的动力学特性仍然困扰着广大学者。掺杂催化剂是改善Mg H2动力学性能最为简单有效的策略。本工作通过控制反应条件、原料比例等合成了不同形貌的Ni基催化剂。首先合成的是片状Ni纳米催化剂;随后,考虑到碳材料在Mg H2吸放氢循环过程中起到的良好作用,分别合成了生物质炭负载Ni（Ni/BC）、碳负载的Ni O（Ni O/C）和还原氧化石墨烯负载的Ni Mo O4（Ni Mo O4/r GO）催化剂;最后,综合考虑不同碳材料的性能、成本以及双金属催化剂的协同催化效应,合成了双金属纳米催化剂Ni3Fe/BC。将上述催化剂通过机械球磨法分别引入Mg H2体系中,来系统的研究其对Mg H2放氢及再吸氢动力学性能的影响,并揭示相应的催化机理。本工作采用湿化学球磨法首次制备了片状Ni纳米催化剂。性能测试发现,Mg H2+5wt%Ni复合材料在180℃开始放氢,在300℃下3 min可以完成6.7 wt%的放氢量,而纯Mg H2要在350℃才开始放氢。完全放氢后,在40℃和3 MPa氢压下开始吸氢,并且可以在125℃和3 MPa氢压下20 min内吸收4.6 wt%的H2,而纯Mg H2的起始吸氢温度约130℃。Mg H2+5 wt%Ni吸氢和放氢反应的表观活化能分别为42.73和83.90k J/mol。吸氢和放氢后的表征表明,Ni纳米催化剂在反应中原位生成Mg2Ni/Mg2Ni H4,它们起到了类似于“氢泵”的作用,显著提升了复合材料的吸放氢动力学性能。片状结构Ni纳米催化剂覆盖在Mg H2颗粒表面,增强了催化剂与Mg H2基体的接触程度。当纳米片在放氢/吸氢循环过程中被进一步粉碎时,可以形成更多的活性中心。理论分析表明,加入Ni催化剂后,正负电荷累积,削弱了Mg-H键的能量,导致Mg-H键长度的延长,更有利于放氢。遗憾的是,Mg H2+Ni复合材料的循环性能较差,在20次循环后储氢量由6.7 wt%下降为5.6 wt%。为了在改善Mg H2吸放氢性能的同时进一步提升循环稳定性,以生物质炭（BC）为碳源,通过煅烧法自还原生成了Ni/BC纳米催化剂。Mg H2+10 wt%Ni/BC-3在187.8℃开始放氢,放氢表观活化能由154.90 k J/mol降低至72.41 k J/mol。虽然Mg H2+Ni/BC的起始放氢温度比Mg H2+Ni的稍高,但是,它获得了更低的吸氢温度和更好的循环稳定性。Mg H2+10 wt%Ni/BC-3完全放氢后,在30℃就可以开始吸氢。Mg H2+10 wt%Ni/BC-3的吸氢表观活化能比纯Mg H2降低了26.95 k J/mol。经过20次循环,掺杂Ni/BC催化剂后的复合材料依然能够保持99%的储氢容量。各种表征表明,Ni/BC均匀分布在Mg H2四周,在放氢和再吸氢过程中,Ni纳米颗粒原位生成的Mg2Ni/Mg2Ni H4促进了氢沿Mg/Mg H2界面的扩散。而碳层的良好导电性加快了电子转移,两者的协同作用共同提高了Mg H2的吸放氢动力学性能,并有效改善了储氢材料的循环稳定性。论文首次将生物质炭引入Mg H2体系中,为开发低成本碳载储氢材料催化剂提供了参考。鉴于金属氧化物制备简单及在空气中良好的稳定性,采用简单的超声振动和煅烧法制备了Ni O/C催化剂,并通过球磨的方法将Ni O/C与Mg H2进行复合。掺杂Ni O/C之后的Mg H2可以在196℃开始放氢,比纯Mg H2低154℃。完全放氢后,Mg H2+9 wt%Ni O/C在50℃下就开始吸氢。Mg H2+9 wt%Ni O/C的放氢、吸氢表观活化能分别为84.64和48.20 k J/mol。Mg H2+9 wt%Ni O/C经过20次循环可以保持98.8%的储氢量。催化机理的研究表明,Ni O/C催化剂均匀的分布在Mg H2表面,在吸放氢循环过程中,原位生成的Mg2Ni/Mg2Ni H4加快氢的扩散。理论分析进一步揭示了Ni O和Mg2Ni对H元素的均方位移的影响。Ni O和Mg2Ni都可以使H的扩散率增加50%以上,保持了良好的H释放能力。采用水热法和煅烧法合成了纤维球状的双金属氧化物Ni Mo O4,并通过与还原氧化石墨烯（r GO）复合合成了Ni Mo O4/r GO催化剂。实验证明,双金属氧化物Ni Mo O4比Ni O/C具有更好的催化效果。加入Ni Mo O4后Mg H2的起始放氢温度降低至191℃,低于Mg H2+Ni O/C。完全放氢后,Mg H2+10 wt%Ni Mo O4可以在40℃以上就开始吸氢,它的吸氢表观活化能比纯Mg H2降低了30.10 k J/mol。由于r GO的加入,有效阻止了Mg H2/Mg的聚集,使储氢材料保持了较稳定的循环性能。Mg H2+10 wt%Ni Mo O4/r GO经过20次循环依然能够保持96%的储氢容量。表征分析表明,Ni Mo O4在第一次放氢反应后生成了Mg2Ni和单质Mo,Mg2Ni/Mg2Ni H4和Mo在吸放氢过程中促进了H的解吸和扩散。而Mo单质还可以有效促进Mg2Ni/Mg2Ni H4的相互转化。Mo和Ni的协同作用加快储氢材料的吸放氢性能。利用价格低廉的生物质炭为碳源,采用固相还原法一步制备出了双金属纳米催化剂Ni3Fe/BC。Mg H2+10 wt%Ni3Fe/BC的起始放氢温度降低为184.5℃,在300℃,7min内可以实现完全放氢。完全放氢后,30℃就可以开始再次吸氢。经过20次循环,Mg H2+10 wt%Ni3Fe/BC储氢容量基本上没有衰减。表征分析表明,球磨之后,Ni3Fe/BC均匀的分布在Mg H2基体上。随后,Ni3Fe/BC催化剂在吸放氢反应过程中原位生成了Mg2Ni/Mg2Ni H4和Fe,Mg2Ni/Mg2Ni H4和Fe的协同催化作用共同保证了Mg H2的吸放氢性能。同时,Fe还可以加快Mg2Ni/Mg2Ni H4的相互转换,达到了双向促进作用。固相自还原法合成的Ni3Fe/BC双金属纳米催化剂,制备过程简单,材料价格低廉,可以实现Mg H2低温吸放氢以及良好循环性能。