氢是最轻的元素，其在宇宙中的含量最大，约占宇宙质量的75%。由于氢可用于工业原料也可以作为一种不可替代的清洁能源，因此成为人们一直重点关注的对象。氢的研究主要集中于两个方面，一个是高温超导性质的研究，另一个是如何储氢的研究。早在1935年，E.Winger和H. Huntington提出了高压能够导致绝缘态的氢固体转化为金属态。尽管理论预测347GPa下，氢的超导转变温度大约为107K,但是实验室条件下，直到342GPa仍没有看到金属化现象，所以人们将目光转移到含氢化合物，致力于借助所谓的化学预压在更低压力下实现金属化。同时，储氢手段的探索也需要人们对氢化物高压下的结构和性质进行研究。本文的第一个研究内容为高压下BaH2新相的第一原理预测。在金属-氢体系中，第II主族金属氢化物比较简单，是有应用前景的储氢材料之一。碱土金属氢化物（MgH2, CaH2, SrH2, BaH2）在高压下的结构相变更是引起科学家广泛的关注。在常压条件下，MgH2呈现出金红石（Rutile）结构，接下来的高压相为CaCl2结构，在更高压力下会相变为“cotunnite”结构，其空间群为Pnma。碱土金属氢化物CaH2和SrH2的基态结构被证实具有“cotunnite”结构，并且在高压下相变为Ni2In结构（空间群为P63/mmc）。Smith等人通过室温下的X射线衍射和拉曼光谱实验确定了BaH2具有和CaH2，SrH2相同的基态结构，随着压力增加到1.6GPa，结构变为Ni2In结构,该相变为一级结构相变。K Kinoshita等利用粉末X射线衍射实验方法证实BaH2由“cotunnite”结构到Ni2In结构的一级相变发生在2.5GPa, Ni2In结构一直保持到50GPa，新的高压相变从50GPa开始直到65GPa才完成，实验证实新的高压相具有AlB2结构（空间群为P6/mmm）。在此实验结果基础之上， Li等人从理论上也预测了CaH2在高压下由Ni2In结构相变到AlB2结构。然而，到目前为止，对BaH2的高压相的研究却很少，而且更高压下是否具有新的结构也未见报道。本文利用第一原理方法，研究了BaH2在高压下的结构相变并且进一步探讨了高压结构相变机制。我们的结果显示出由cotunnite→Ni2In的相变发生在2.3GPa,这与实验测量非常吻合，压力达到34GPa时，发生Ni2In→AlB2相变，此相变压力点比实验结果略低。从布居分析可知cotunnite→Ni2In→AlB2相变过程，是由Ba s→d和Ba s→H s电子转移引起的。高压下AlB2结构变得不稳定，相变为YbZn2结构，此相变为二级相变且由L点的横声学支声子振动模式软化导致的，YbZn2结构是动力学和力学稳定的并且具有金属特性。本文第二个研究内容为高压下MH2（M=V, Nb）的结构相变。后期过渡族金属（例如：Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, and Au）的电负性比氢大，其氢化物在常压下很难形成，只有在高压下才能够形成。然而，对于电负性较小的前期过渡族金属（Zr, Ti, V, Hf, Nb）在常压下就能形成氢化物，在常温常压下，前期过渡族金属氢化物为CaF2类型的结构。最近，X射线衍射实验证实，在压力达到0.6GPa时，TiH2立方的Fm-3m结构相变为四方的I4/mmm结构，第一原理方法也预测了在高压63GPa时，I4/mmm结构相变为P4/nmm结构。而在低温下，TiH2、 ZrH2,和HfH2的CaF2Fm-3m结构变得不稳定，并且相变为四方的I4/mmm结构。而VH2,和NbH2不论是在室温还是在低温下，Fm-3m结构都是最稳定的，但是其高压下的结构研究还没有报道，因此其高压结构的探索是非常重要的。研究发现，在常压下立方的Fm-3m MH2是最稳定的，这和实验结果一致。压力达到50GPa和45GPa时，Fm-3m VH2和Fm-3m NbH2分别相变为Pnma VH2和P63mcNbH2，此两种结构相变均为一级结构相变。为了验证高压结构的稳定性，分别计算了声子谱和弹性常数，从而证明了两种结构是稳定的，并且一直持续到100GPa。能带结构和电子态密度结果证实两种结构均具有金属特性， Pnma VH2的超导转变温度最高，能达到4K。本文的第三个研究内容是高压下BHn(n=1-5)结构和超导电性研究。富氢化合物被认为是非常具有潜力的高温超导体。最近科学工作者发现了第三主族化合物AlH3和GaH3在较低的压力下实现金属化，并且具有超导电性。硼，作为第三主族最轻的元素，和氢原子能够形成传统的化合物BH3（硼烷）。在一个大气压下，硼烷具有单斜结构（空间群为P21/c），在这个结构中两个BH3分子形成具有B2H6的环。压力达到4GPa时，硼烷形成了三聚的B3H9,其结构对称性为P-1。压力达到36GPa时，BH3分子形成多聚的化合物（空间群为P21/c），该结构在100GPa以下是能够稳定存在的。Ashcroft等人理论预测BH3在100GPa～350GPa之间是不稳定的，350GPa以上能够再一次形成正交结构（空间群为Pbcn），而且该结构具有较高的超导温度100K。因此探索100GPa～350GPa之间硼氢化合物的结构和性质是非常必要的。通过研究发现，压力在50GPa～104GPa区间，P21/c BH3一直是最稳定的结构，而压力高于104GPa时，BH3会分解成BH和H2, IbamBH在104GPa～170GPa区间是最稳定的，压力高于170GPa时，P6/mmm BH是最稳定的，一直保持到所研究的压力点350GPa， C2/cBH2在压力250GPa以上作为亚稳相存在。在整个压力范围内，BH4和BH5是不能稳定存在的。压力在170GPa时, P6/mmm BH超导温度达到21K，亚稳相C2/c BH2具有更强的电-声子耦合，超导温度在250GPa时达到90K。