氢气作为一种绿色可再生能源，因其燃烧热值高、无污染、应用广泛等特点，被认为是化石燃料的良好替代品。因此，氢能源的生产已成为研究的重点。然而，氢能工业化或大规模利用的关键是高效率地制取高纯度氢气。工业主要制备氢气的方法，大多都存在污染环境、能量转化率低等问题。活性铝的水解制氢反应在氢能领域备受关注。但由于铝性质极为活泼，易生成致密的氧化膜，铝水产生氢气的反应被氧化膜所阻止，为使得铝水反应制氢得到实现。本文对铝-水制氢过程产生的氧化膜产生与破除机理进行了研究，首先利用ReaxFF-MD从分子层面研究铝水制氢反应的机理，铝表面的氧化伴随着铝的溶解、氢的生成和H3O+的形成，形成的氢化物和氧化物为AlH3和Al2O3。温度升高时，氢原子和氧原子在Z方向的扩散增强，在高温下会形成松散的外层氧化物中夹杂AlH3，内层会形成氢气由于氧化膜的阻止无法逃逸出去AlH3的结构。其次通过RTLM（低熔点元素）合金化（Ga、In、Sn）的方式对铝表面致密的氧化膜进行破除，使用扫描电子显微镜、X射线衍射和差示扫描量热法观察了铝合金的成分、结构和热性能。当In和Sn的比例不同时，会出现两种金属间化合物，即In3Sn和InSn4。当Ga、In和Sn一起加入铝中时，Al-Ga-In-Sn合金的水解性能大大提高。最终成功制备出一种高性能的铝合金，其氢转化率超过98%、活化能为39.2 KJ/mol。本研究通过分子动力学模拟结合实验探究了铝-水制氢过程的氧化膜产生与破除机理，使得铝合金可以在简单的条件下自发的与水发生剧烈反应，从而实现氢气释放。铝与水的这种反应使得实时制氢成为可能。进一步促进了氢能的开发，为氢能源的普及和应用提供有力支持，促进可持续能源转型的进程。同时，利用铝制氢还可以省去氢气储存的需要，实现按需制氢，从而使氢能系统更紧凑、更高效。

氧化膜；;置换反应；;氢气；;ReaxFF-MD；;RTLM