本文应用第一性原理计算方法，并结合中子散射实验手段，对冰的氢键及氨基酸水合体系中的氢键作用机制进行了研究。 我们应用第一性原理的分子动力学模拟方法首次重复出了冰Ih的非相干非弹性中子散射谱中的两个氢键振动峰。通过分别计算各氢原子的振动谱发现，任何氢原子，无论是位于c轴，还是位于与c轴垂直的ab平面内，在低频范围都存在强弱两种振动峰，表明氢键的双振动峰的形成并不依赖于晶轴方向，从而与单晶冰Ih沿不同晶轴方向的非弹性非相干中子散射谱无差别的实验现象吻合。我们还对冰m进行了三组不同晶格参数的振动谱模拟，随着晶格参数减小，氢键长度减小，氢键强度变强，从而氢键峰位蓝移，而OH拉伸振动则向低频方向移动。 冰VIII的低频振动情况与其它冰相截然不同，只在低于30 meV出现一个振动峰。应用第一性原理的分子动力学模拟对冰VIII进行了振动谱的模拟，得到的振动谱在低频范围仅出现一个氢键振动峰，我们的计算验证了冰VIII中的确只存在一种弱氢键的实验结论。结合冰相结构详表，我们认为由于冰VIII的氢键距离远大于普通冰Ih中的氢键距离，因此导致了冰VIII的氢键振动范围低于30meV。 我们利用非弹性中子散射实验手段研究了水与几种氨基酸之间的相互作用。通过比较甘氨酸(Gly)、谷氨酸胺(Gln)、苏氨酸(Thr)、半胱氨酸(Cys)、丝氨酸(Ser)的干样和湿样(水与氨基酸摩尔比为1∶1)振动谱可知，丝氨酸较上述其它氨基酸的吸水性强得多。我们从晶体结构入手合理地解释了丝氨酸的强吸水性机理：在甘氨酸、谷氨酸胺、苏氨酸、半胱氨酸晶体结构中皆存在相对较强的氢键，而只有丝氨酸中的氢键强度相对较弱，但是在丝氨酸一水合物(Sefine.H<,2>O)中却存在相当数量的强氢键，这表明当水与氨基酸结合时，原来较弱的氢键被打破并重新与水分子组合形成较强的氢键。 本文还利用第一性原理对具有强吸水性的丝氨酸的中子散射振动谱进行了理论模拟。目前绝大多数对氨基酸振动谱的模拟计算工作都是将氨基酸分子看作独立的、分子间无相互作用的系统来处理，因而模拟结果与实验振动谱偏差较大。本文考虑了氢键作用一氨基酸分子间的主要作用形式，计算得到的振动谱与我们前面实验测量的中子散射振动谱非常吻合。