摘要：氢能作为一种高热值、燃烧产物清洁且无碳排放的二次能源，对于推动实现“双碳”目标具有重要意义。TiFe合金储氢容量高、成本低廉且吸放氢条件温和，可以有效解决氢能储运技术成本高、安全性差的问题。然而，TiFe合金显著的氧敏感性，使其极易受到氧气毒害，在合金表面形成致密的钝化层。已有大量研究表明，通过Cu和其他元素共同掺杂，可以有效改善TiFe合金的活化性能，但Cu对TiFe合金储氢性能的影响机制尚不明确。本研究基于密度泛函理论（DFT）计算，采用Cu取代Fe的策略，系统探究了Cu对TiFe合金表面氧化层形成的影响机制及储氢过程的调控机理。结果表明，Ti原子具有极强的氧亲和力，在氧化过程中首先与O结合形成致密性较强的钛氧化物。Cu掺杂后，合金表面的氧化物连续性显著降低，钛氧化物含量相应减少。从头算分子动力学（AIMD）计算发现，Cu显著降低Ti原子的运动速度，在150 fs时，Ti原子沿z轴正向的运动速度从0.368?/ps降至0.182?/ps。同时，Cu周围的Fe原子运动速度明显加快，提高了生成致密性更低的铁氧化物的可能性。这表明Cu不仅可以有效延缓氧化层的生长，还能降低氧化层的致密性。此外，从微观层面探究了Cu对于氢在合金表面吸附与体相扩散行为的影响，发现Cu不仅使得H2在体系表面的吸附能从-2.93 eV降低到了-3.13 eV，还进一步减小了其解离能垒。同时，Cu优化了H原子在表面的扩散通道，使其扩散能垒最高下降了64%，进而促进了TiFe合金的吸氢过程。最后，通过真空熔炼法制备了TiFe和TiFe0.9Cu0.1合金，并进行活化性能测试和等温储氢测试，以验证理论计算的正确性。结果表明，Cu使得TiFe合金完全活化所需的次数从5次减少至3次，显著提升了合金的活化特性。同时合金的最大储氢量和吸氢动力学均未下降，与理论计算结果一致。  收起-