氢具有热值高、环保、来源丰富和燃烧效率高等特点,被认为是一种极具发展潜力的清洁能源。目前,氢能源发展所遇到的主要瓶颈是缺乏安全、高效的储氢材料。传统的纯物理和化学吸附方式的储氢,通常需要较低的温度或较高的压力,存在能耗高、储量小、不安全等问题。金属团簇储氢材料因其结构稳定、储氢密度高、具有可逆地吸、放大量氢气的特性,适于氢气的大规模储运,因而一直以来受到研究者的广泛关注。作为理想的储氢材料氢气与金属团簇的结合能需在0.1～0.6 eV之间,以满足常温可逆吸-放氢气的要求。本文基于密度泛函理论设计并研究了 Gan和Gan-1Mg(n=2-12)团簇的结构及储氢性能。研究表明:(1)Gan(n=7-12)团簇是在Ga6团簇构型的基础上增加Ga原子形成的。Gan-1Mg(n=2-12)团簇是Gan团簇中一个Ga原子被Mg原子取代所形成。大部分掺杂Mg原子的Gan-1Mg与Gan团簇结构基本相似,其中Mg原子比所替代的Ga原子更加远离主团簇Gan-1;Ga3Mg、Ga4Mg团簇的结构与Ga4、Ga5差别较大。平均结合能分析表明,Gan与Gan-1Mg金属团簇的稳定性随着n值的增大而增加。Gan-1Mg团簇有两种分离形式,一种是从团簇中分离出一个Mg原子;另一种是从团簇中分离出一个Ga原子,其中前者更容易发生。解离能分析表明,Gan和Gan-1Mg(n=3,5,7,10)团簇的稳定性较其他团簇高。(2)氢能够以整分子或原子形式吸附在团簇上。解离能和能量二阶差分两方面的分析表明,GanH2(n=4,7)和Gan-1MgH2(n=3,7,9)稳定性较其他团簇高。HOMO-LUMO间隙分析表明,GanH2(n=4,7,9,11)和 Gan-1MgH2(n=3,7,9,11)稳定性较其他团簇高。综上所述GanH2(n=4,7)和Gan-1MgH2(n=3,7,9)与H2结合的稳定性较其它团簇高。(3)团簇吸氢前后稳定性分析表明Ga7、Ga2Mg和Ga6Mg稳定性较其它团簇高。其中Ga7和Ga6Mg团簇与氢的结合能介于0.1～0.6 eV之间,因此有望成为潜在的储氢材料。此外,对夹心型全金属复合物Al8TM2(TM=Sc,Y,La,Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta)的芳香性、稳定性进行了研究。在此基础上讨论了复合物Al4Sc2Al4的储氢性能。研究结果表明:(1)两个过渡金属原子 TM(TM=Sc,Y,La,Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta)可以插入到两个Al42-配体之间形成稳定的夹心型全金属复合物Al8TM2,其中Al42-配体形成复合物后仍具有σ和π双重芳香特性。(2)复合物Al4Sc2Al4与氢通过多中心键结合,氢多中心键可通过特定的频率鉴定,选择该特定频率的红外光波诱导,可实现A14Sc2A14体系吸-放氢过程的可控调节。