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镁因其储量丰富、价格低廉、储氢量高等众多优点，被认为是最具潜力的储氢材料之一。纯镁的吸放氢动力学和热力学性能较差，限制了其实际应用。实验研究发现，纳米化、合金化、添加掺杂剂或催化剂、增加缺陷等方法均可不同程度地改善镁的吸放氢动力学性能，但在电子理论机制方面的研究十分匮乏。 本文基于实验研究结果，选用Mg(0001)表面为研究对象，利用基于密度泛函理论的第一性原理计算的方法，从理论计算上研究了表面空位缺陷和非金属碳掺杂对镁吸氢过程的影响。利用材料计算软件Materials Studio中的Material Visualizer模块分别构建了清洁、空位缺陷和碳掺杂的Mg(0001)表面模型，利用DMol3模块研究了H2分子和H原子在Mg(0001)表面的吸附特性;研究了表面空位缺陷对H2/H原子的吸附、H2的解离以及H原子的扩散的影响;研究了C原子在Mg(0001)表面的掺杂位置及其H2解离的影响，探讨了碳掺杂对H原子扩散的影响。 H2在Mg(0001)表面呈较弱的物理吸附，而H原子呈较强的化学吸附。H2在Mg(0001)表面上方3.59(A)处稳定吸附，吸附能为0.6891 eV。H原子在Mg(0001)表面稳定吸附后，Mg-H键的平均键长与MgH2中平均Mg-H键长较为接近，说明H原子与Mg(0001)表面的Mg原子产生了成键。H原子由镁表面向体内扩散的路径为八面体间隙和四面体间隙交错形成的螺旋通道。 空位缺陷有利于H2的解离和H原子的扩散。H原子在空位缺陷Mg(0001)表面吸附后的平均吸附化学键Mg-H键能(180.8611 kJ·mol-1)明显大子H原子在清洁Mg(0001)表面的吸附化学键Mg-H键能(126.6848kJ·mol-1)，说明空位缺陷有利于Mg-H键的成键。H2分子在空位缺陷Mg(0001)表面解离需要跨越的能垒为1.2404 eV，低于H2分子在清洁Mg(0001)表面解离所需要跨越的能垒为1.3994 eV，说明空位缺陷有利于H2的解离。这是因为空位缺陷的存在改变了H2解离的路径，对H2的解离起到了催化作用。空位缺陷的存在为H原子扩散提供了扩散的通道，改变了H原子的扩散路径，降低了表面效应，大大降低了扩散需要克服的能垒。 碳掺杂有助于H2的解离，但不利于H原子的扩散。与H2分子和H原子在Mg(0001)表面的吸附不同，C原子在经历了物理吸附和化学吸附的过程后，自发地掺杂到表面与次表面的晶格间隙中，且基本不破坏镁晶格的基本结构。C原子可掺杂到四面体间隙、四方锥间隙和八面体间隙中，体系的内聚能分别为-48.89 eV、-49.18 eV和-49.52 eV，说明八面体间隙为C原子掺杂的最稳定位置。H2在碳掺杂的Mg(0001)表面上的解离能垒低于H2在清洁Mg(0001)上的解离能垒，说明碳掺杂有利于H2分子在Mg(0001)表面的解离。分析认为碳掺杂对H2解离的催化作用归功于配位不饱和造成的诱导效应。碳掺杂占据了H原子的扩散位和填充位，减少了H原子扩散的通道，同时降低了镁的储氢能力。