Mg基储氢材料以其质量轻、成本低、原料丰富、储氢量大、吸/放氢平台好等优点被认为是最具发展前景的储氢材料之一。然而,Mg/Mg H2体系稳定的热力学性质与缓慢的动力学性质限制了它的实际应用。合金化和组织调控可以有效改善其储氢性能,但也存在容量降低等缺陷;薄膜化兼具两者的优势,并在纳米尺度上对材料进行改性,可以避免储氢容量的大幅减少。此外,薄膜材料更有利于研究反应前后的微观相转变,揭示吸放氢的反应机理。磁控溅射是制备薄膜材料的常用工艺方法,可以在纳米尺度内快速简单的对薄膜材料进行结构调控与成分设计,本文使用磁控溅射的方法制备了双组元Mg-Ni复合储氢薄膜,使用TOF-SIMS直观的表征了H在薄膜中分布,并结合第一性原理理论计算,研究了Mg-Ni-（H）薄膜反应前后的结构转变行为及其微观机制;探索了不同Mg/Ni原子比引起的各向异性电子迁移对吸放氢热力学与动力学的影响;考察了Mg/Ni界面结构在吸放氢循环中的稳定性。本文主要的研究内容如下:首先,采用旋转掩膜结合半共溅射的工艺方法制备了不同Mg/Ni原子比的双组元Mg1-xNix（x=0.5,0.3,0.2,0.1）复合储氢薄膜,测试了薄膜的脱氢温度与脱氢动力学,并对薄膜吸放氢反应前后的微观结构与元素分布进行表征。结果表明,Ni含量可以显著影响Mg基薄膜的脱氢性能,Ni原子占比越高,薄膜的脱氢温度越低,但有效储氢质量越小;旋转掩膜的半共溅射工艺可使Mg、Ni混合更均匀,有效促进Ni对Mg膜储氢性能的改善作用;原始薄膜的相结构会随着Mg/Ni原子比的增大由非晶+Ni纳米晶结构转变为全部非晶结构,进而转变为具有（002）择优取向的Mg纳米晶+非晶结构;氢化后,薄膜主要由Mg2Ni H0.3、Mg2Ni H4以及Mg H2组成。其次,采用交替溅射Mg、Ni并通过控制溅射时间设计制备了具有相同成分但不同Mg/Ni界面数的Mg-Ni-X（X=3,5,7,9）多层膜。测试了各多层膜的脱氢性能并与纯Mg膜对比,发现插入的Mg/Ni界面能显著促进薄膜的吸放氢性能,且Mg/Ni界面层数越多,薄膜的脱氢温度越低、脱氢动力学越快,Mg-Ni-9薄膜的质量脱氢量高达5.29 wt.%;氢化薄膜样品中H元素主要集中分布在界面处,说明薄膜的氢化由界面开始;通过表征薄膜吸放氢反应前后的微观结构可知,制备的原始多层膜在Mg/Ni界面处以Mg（002）与Ni（111）相结合,吸氢后由于氢化物Mg2Ni H4和Mg H2的生成导致界面被打乱,但脱氢后的界面仍可回复到Mg（002）与Ni（111）相结合的状态,具有较好的结构稳定性。最后,运用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了H在Mg（0001）/Ni（111）薄膜界面的吸附、扩散及电子性质。研究结果表明,H原子在界面层的吸附更稳定,且H原子在界面层之间的扩散能垒为0.257 e V,低于Ni层的0.564 e V和Mg层的0.505 e V,具有更快的扩散速率,说明界面可以提供更多的氢原子扩散通道,从而促进薄膜的吸放氢。