氢能作为一种热值高、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150fs时,Ti原子沿z轴正向的运动速度从0.368Å/ps降至0.182Å/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−2.93eV降至−3.13eV,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。