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近年来，由于环境污染的日益严重和化石能源的逐渐枯竭，清洁的氢能源受到了越来越多的关注，而开发合适的储氢体系是实现氢能经济的核心环节之一。储氢材料的种类有很多，其中，Mg基材料由于具有储氢量高、成本低、重量轻等优点，在气态和电化学储氢中均具有广泛用途，被视为最具商业化前景的轻质储氢体系之一。但是，Mg基材料存在吸放氢温度较高、动力学性能较差、电化学过程中稳定性差等缺点，合理的材料结构设计是提高Mg基材料储氢性能的关键环节。Mg基纳米晶薄膜是Mg基材料的一种独特的存在状态，不仅可以在纳米尺度上对材料的成分、尺寸、结晶度和界面进行精准调控，还可以在保证小尺寸的同时，更好的防止氧化，从而提高储氢性能。基于此，本论文通过磁控溅射制备了一系列的Mg基薄膜，并对Mg基薄膜在温和条件下的气态和电化学储氢性质进行了系统的研究。本研究分为三个部分： 第一部分：通过磁控溅射的方法，在沉积样品的时候原位加热基底(分别为25℃，80℃，120℃和150℃)，制备了一系列不同表面形貌的200nm Mg-Pd薄膜样品，并研究了不同形貌对Mg基薄膜气态和电化学储氢性质的影响。结果表明，当基底温度升高时，薄膜结构从均匀致密变得疏松多孔。具有疏松结构的样品具有最快的吸氢动力学、最高的气态储氢量、最好的循环稳定性以及最大的电化学放电容量等。这主要是因为疏松多孔的结构可以显著增大氢气和Mg固相的接触面积，并且可以大大缩短氢原子的扩散路径。 第二部分：通过磁控溅射的方法，制备了一系列含有金属夹层的Mg-Pd薄膜，并研究了不同薄膜在温和条件下的气态和电化学储氢性质。第四章中制备了含有不同厚度Ti，Al夹层的Mg-Pd薄膜，并详细研究了不同薄膜样品在室温低压条件下的储氢性质（吸放氢温度为298K，吸氢压力为0.1 MPa H2，放氢在空气中进行）。其中Mg层的厚度为100nm，Ti，Al夹层的厚度分别为0，0.5，1，2，4，6nm。研究发现，添加了Ti和Al夹层之后，100nm Mg-Pd薄膜在室温低压条件下的储氢性质得到了很大提高。不同的夹层厚度对Mg-Pd薄膜的吸放氢行为也具有很大的影响，其中1nm是Ti夹层和Al夹层的最优厚度，夹层的厚度太大或太小都不利于对Mg-Pd薄膜储氢性质的改善。这主要是因为1nm的Ti夹层和Al夹层都没有形成连续的薄膜，而是以纳米颗粒的形式均匀分布在Mg层和Pd层之间，制造了大量的成核位点，催化了氢分子的解离和氢原子的重组，并有效阻止了Mg-Pd薄膜在吸放氢过程中形成合金化。第五章中制备了一系列厚度为500nm的Mg-Pd薄膜，并通过向Mg薄膜本体中插入1nmTi夹层的方法对500nm Mg-Pd薄膜的结构进行了调控。然后系统研究了经过结构调控后的500nm Mg-Pd薄膜在温和条件下的气态和电化学储氢性质。研究结果表明，结构调控之后，500nm Mg-Pd薄膜在温和条件下的储氢性质得到了很大的改善，其中具有1nm Ti和100nm Mg相互交替结构的Mg100-Ti1样品具有最好的气态吸放氢动力学和电化学放电性质。这主要是因为500nm Mg薄膜本体中插入了多层1nm Ti之后，产生了大量的界面。Ti层可以充当氢原子扩散的高速公路，大大提高了氢原子的扩散速率，并缩短了氢原子的扩散路径。本部分工作为改善厚度较大Mg基薄膜的储氢性质提供了有效的手段。 第三部分：通过磁控共溅射的方法，制备了一系列不同Mg-Ti原子比的MgxTi1-x-Pd薄膜样品，并研究了不同Mg-Ti原子比的MgxTi1-x-Pd薄膜样品在室温条件下的电化学储氢性质。研究结果表明，Ti元素的添加对于Mg基薄膜的电化学储氢性质具有很大的影响，其中Mg与Ti之间存在一个最优的原子比。与纯的Mg-Pd薄膜相比，添加适当的Ti元素可以显著改善其电化学充放电行为，而当Ti含量太大时，虽然样品的活化过程大大缩短，但在电解液中的腐蚀行为也将会变得异常严重，从而导致薄膜在吸放氢循环中逐渐从基底上脱落，造成放电容量的快速衰减。因此，Mg0.85Ti0.15和Mg0.72Ti0.28样品具有最为理想的综合电化学储氢性质。