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氢燃料电池汽车商业化正面临氢储存技术的巨大挑战，迫切需要研发实用型储氢材料。镁由于其储氢能量密度高(43.0 MJ/L，满足美国能源部2015年对储氢材料的要求)、资源丰富、价格低廉及无污染等优点成为一种非常有应用前景的储氢材料。然而其热力学稳定性及吸放氢动力学性能远不能满足其实用化进程。如:MgH2全部放氢通常需要573 K以上。本课题组采用氢化燃烧合成(HydridingCombustion Synthesis，HCS)与机械球磨(Mechanical Milling，MM)复合制备技术(HCS+MM)，大大改善了镁基储氢材料的吸放氢性能，如:HCS+MM制备的Mg99NiTi2，在373 K，100 s内，吸氢量达到5.81 wt.％;在523K，1400 s内的放氢量达到4.98 wt.％。然而迄今为止，HCS+MM技术制备的镁基储氢材料还不能满足实际应用，特别是放氢温度过高，完全放氢仍需573 K以上，且吸放氢循环稳定性差。 本论文针对HCS+MM技术制备镁基储氢材料存在的以上问题，通过在HCS中加入自制碳载催化剂（多壁碳纳米管载镍和钯，石墨烯载镍和钯），着重研究碳载催化剂对HCS+MM制备镁基储氢材料吸放氢性能的改善效果及其机制;并借助扫描电子显微分析(SEM)，透射电子显微分析(TEM)，X射线衍射技术(XRD)，红外光谱分析(FT-IR)，差示扫描量热分析(DSC)，X射线光电子能谱(XPS)，以及压力—组分—温度分析(PCT)等测试分析手段，揭示吸放氢性能与复合材料微观结构的内在联系。 首先，本文采用溶液化学还原法制备了多壁碳纳米管载钯(Pd/MWCNTs)催化剂，首次在HCS+MM过程中引入碳载钯催化剂制备Mg-Pd-MWCNTs复合储氢材料，并研究了钯的添加量对Mg-Pd/MWCNTs复合体系储氢材料的微结构和储氢性能的影响。研究表明:HCS过程中Pd/MWCNTs的添加使Mg的氢化程度明显提高;随着钯载量的增加，HCS+MM产物的吸放氢容量先增大后减少，其中Mg95-Pd3/MWCNTs2表现出最佳的吸放氢性能:在473 K下，100 s内，饱和吸氢量达到6.67 wt.％;在573 K下，1200 s内几乎能完全放氢，放氢量高达6.66wt.％，其放氢活化能为80.8 kJ/mol，较商业的MgH2降低了大约72.2 kJ/mol。XRD和TEM等分析表明，产物中存在MgPd相。分析认为纳米尺寸MgPd相及其 Mg5Pd2等中间产物更容易与MgH2发生反应，可降低MgH2脱氢反应的势垒，从而改善放氢性能。 其次，本文采用两步法制备了多壁碳纳米管同时载钯镍(PdNi/MWCNTs)催化剂(首先高温固相还原法制备Ni/MWCNTs，然后溶液化学法制备PdNi/MWCNTs)，并研究了HCS+MM制备Mg-PdNi/MWCNTs复合储氢材料的微结构和储氢性能。研究表明:Ni在低温条件下对氢气的解离和吸附有着良好的作用，Pd能提高HCS过程中Mg的氢化程度，而Ni和Pd同时催化，产物的吸放氢性能均佳。其中，Mg95-(Pd3Ni3/MWCNTs4)5表现出最佳的储氢性能:在373 K下，100 s内，饱和吸氢量达到6.44 wt.％;在523 K下，1800 s内，接近完全放氢达到6.41 wt.％;在573 K下，400 s内，完全放氢达到6.70 wt.％;在528 K下，10次循环吸放氢容量几乎不衰减;放氢活化能降低到70.1 kJ/mol。XPS分析表明，Ni和Pd同时存在，在吸放氢过程中，可能会产生Mg2(Pd，Ni)H4相，比单独Ni或Pd更能有效地促进MgH2的放氢反应。 再次，本文采用上述两步法制备了PdNi/Graphene(GN)催化剂，并研究了HCS+MM制备Mg-PdNi/GN复合储氢材料的微结构和储氢性能。研究表明:球磨预处理样品可以促进晶粒细化，从而提高HCS过程中Mg的氢化程度;氢气氛下球磨除可减少样品氧化外，还可有效抑制MgH2的分解。其中，Mg95-(Pd3Ni3/GN4)5的吸放氢性能最好:在373 K下，100 s内，饱和吸氢量达到6.53 wt.％;在523 K下，1800 s内，完全放氢量高达6.82 wt.％;样品中Mg的吸放氢反应焓分别为-74.5 kJ/mol和75.0 kJ/mol。XPS分析表明:放氢性能的提高机理，除了Pd和Ni的催化作用外，还和石墨烯与Mg-H键之间强烈的电子交互作用有关。 本论文最后对聚合物材料聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)与HCS产物Mg95Ni5复合储氢材料的制备方法及其储氢性能开展了初步探索，旨在以PMMA作为MM的过程控制剂，强化镁基合金的纳米化过程，并实现纳米限域，同时达到对HCS+MM制备高活性镁基氢化物的透氢抗氧包覆。研究表明:聚合物和镁基合金能够保持良好的化学相容性;添加10wt％PMMA的复合材料能够有效起到抗氧抗水解的作用;复合产物Mg95Ni5-10％PMMA的起始放氢温度降低了31.7℃，在473 K下，120min内的放氢量达到0.76 wt.％，30 min内放氢量达到0.45wt.％，表明动力学性能有所改善。 本论文采用自制碳载过渡金属催化剂复合HCS+MM制备镁基储氢材料，复合储氢材料的吸放氢性能得到了显著提高。微观结构等机理研究表明，碳基材料和金属催化剂之间的协同效应，电子交互作用是吸放氢性能改善的主要原因。研究结果对促进镁基储氢材料的HCS+MM技术及其实用化进程都具有重要的理论指导意义和实用价值。