随着石油管线的服役条件越来越苛刻,高含硫介质所造成的腐蚀是影响管道输送可靠性和使用寿命的关键因素,其主要失效形式为氢致开裂和应力腐蚀开裂,为生产安全造成严重的威胁,因此一直以来氢脆是人们关注的重要问题。目前,针对氢脆问题人们提出多种机制试图解释这种现象,如氢致弱键理论,氢压理论,氢降低表面能理论,氢致相变理论以及氢致局部塑性变形理论等,上述用于描述氢脆的理论都有其适用范围和对象。然而,从本质上来讲,氢脆现象是由于氢与金属产生交互作用而引起的,包括了环境介质在金属表面上的吸附和解离行为,氢原子进入金属材料后在基体中的扩散行为以及氢原子对金属变形行为的影响。第一性原理计算方法为研究氢与金属基体交互作用的微观机理提供了一种有效可行的手段。本文采用第一性原理计算方法研究了温度对水/Pt（111）界面和水/Fe（111）界面结构和性质的影响,对比了水分子在惰性金属和活泼金属表面的吸附行为,并研究了H₂S分子在水/Fe（111）界面的吸附和解离机理;其次,研究了氢原子在α-Fe,γ-Fe和ε-Fe三种不同晶格中的扩散路径,并根据阿仑尼乌斯公式计算了氢原子在三种晶格结构中的扩散系数;最后,研究了氢原子对γ-Fe层错的作用机理。主要得到以下结果。（1）水/Pt（111）界面中,低温条件下（10K和150K）Pt（111）面上的水分子吸附层保持冰状结构;在300K和450K条件下,水分子虽然在高度方向上发生紊乱,但仍在金属Pt表面的顶位吸附,形成六元环结构,表明Pt（111）表面水分子吸附层的热稳定性较好。随着温度的增加,更多的水分子通过H吸附于Pt表面,形成Pt-H共价键,使得Pt（111）表面功函数随温度的增加而增加。在此基础上,研究发现,在水/Pt（111）界面中,氧化还原中间产物OOH会优先选择在Pt（111）面的t-h-b位置解离。（2）水/Fe（111）界面中,水分子更倾向于以水分子团簇的形式在Fe（111）表面吸附,在基态条件下水分子同样是以六元环冰状结构（H朝上结构）吸附于Fe（111）表面。随着温度的增加,水分子的运动能力增强,从150K开始水分子吸附层在高度方向上的有序性被打乱,450K时水分子在Fe（111）表面发生脱附,表明Fe（111）表面水分子吸附层的热稳定性更差,但是脱附前随着温度的增加,水分子吸附层的有效吸附距离减小,吸附作用增强。H₂S分子在清洁Fe（111）表面分两步解离,其中一次解离（即由H₂S解离为HS和H原子）为控制步骤。而水分子的存在增大了H₂S分子的平衡键长,H-S键作用力减弱,H₂S分子处于解离的活化状态,降低了解离所需克服的能垒,因此更有利于H₂S分子的解离。（3）金属铁具有三种不同的晶格结构,即面心立方,体心立方和密排六方结构,当氢原子进入金属Fe中,会优先占据体心立方的四面体间隙位置,面心立方的八面体间隙位置和密排六方的八面体间隙位置。通过计算扩散能垒得出,氢原子在体心立方中通过四面体间隙到邻近四面体间隙的路径进行迁移;在面心立方中根据八面体间隙和四面体间隙相互交替的路径进行迁移;在密排六方中通过八面体间隙到邻近八面体间隙的路径进行迁移。根据阿伦尼乌斯方程计算氢原子在三种晶格结构中的扩散系数为:D_bcc=1.379×10^-4cm²/s exp（-1120/T）>D_fcc=3.22×10^-4cm²/s exp（-8425/T）>D_hcp=6.161×10^-4cm²/s exp（-8830/T）。此外,研究发现,体心立方结构中氢原子在空位和间隙中扩散能垒的差值比面心立方结构中的差值大,这表明体心立方结构中空位对氢原子扩散的影响更明显。（4）层错能决定了面心立方金属的变形机制。在面心立方铁中,完美晶体中氢原子会增加体系的非稳定层错能,阻碍层错的产生;随着空位尺寸的增加,纯铁体系和含氢体系的非稳定层错能均明显减小;双空位簇中氢原子能够使得非稳定层错能减小11%,促进层错的产生,此时有利于ε马氏体的形成,从而引发材料脆化。