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聚合氮是双原子分子氮在高压条件下解离而形成的三维聚合结构。聚合氮具有较高的能量密度,且分解产物对环境没有污染,因此,聚合氮的合成研究引起了人们的广泛关注。截至目前,在理论上,人们已经建议出多种聚合氮结构,如立方网络状结构（cg-N）,螺旋孔道状P212121聚合结构,链状聚合结构（N6,N8）,N10类金刚石聚合结构等等。在实验上,已经有三种聚合氮被研究人员证实:cg-N（110 GPa,2000 K）,LP-N（150 GPa,3000 K）和HLP-N（244 GPa,laser-heating）。以上成果极大地激发了人们对聚合氮的研究热情。但是,值得注意的是,目前在聚合氮的合成过程中,其合成条件极为严苛,需要同时满足100 GPa以上超高压和数千K的超高温;而且,目前实验上能够获得的聚合氮均为高压亚稳相,无法存在于常温常压条件下。上述问题严重制约了聚合氮在实际情况中的应用,为了解决上述科学问题,人们开始尝试在其他含氮体系中寻找聚合氮结构。本文利用CALYPSO等理论方法开展了典型含氮体系的高压结构相变研究,包括叠氮化物体系、限域体系,得到了以下的结论:1、选取叠氮化银（AgN3）作为合成聚合氮的前驱物,采用粒子群结构搜索（CALYPSO）和密度泛函理论相结合的方法,系统地研究了AgN3在0-150 GPa压力区间的结构演化行为。研究发现,在整个压力区间,AgN3经历了2次结构相变:压力达到4.7 GPa时,AgN3由常压正方相（Ibam）转变为四方相（I4/mcm）,继续提高压力至24 GPa时,转变为P-1相,压力达到150 GPa（本研究最大值）时,仍然保持P-1相不变;值得注意的是,P-1相中,氮原子之间以氮氮双键形式键合（SP2杂化）形成链状聚合结构,这是首次在AgN3高压相中发现聚合氮的存在;电子结构研究表明,P-1聚合结构为金属相;动力学研究发现,该聚合结构能够稳定存在于常压条件下。我们的研究工作丰富了人们对AgN3高压结构相变、聚合的认识和理解,为高压下合成聚合氮提供了重要理论指导。2、我们提出了一种新型三维限域结构:石墨烯限域A7聚合氮层（A7@graphene）。利用基于第一性原理的理论方法,对A7@graphene限域体系进行了深入研究。研究表明,由于石墨烯片层的限域效应,A7聚合氮能够在常温常压条件下稳定存在。进一步研究揭示出,A7@graphene限域体系稳定的物理机制是主客体之间存在电荷转移。由于石墨烯片层与A7聚合氮层之间仅有较小的电荷转移量,因此,该限域体系在高于450 K的温和条件下即可实现能量释放。A7@graphene限域体系的含氮量高达53.84%,相应的能量密度为5.2 KJ/g,高于TNT（4.2 KJ/g）;A7@graphene具有优于传统炸药（TNT,HMX）的爆轰速度和爆轰压力,是极具应用前景的新型高能量密度材料。我们的研究成果为聚合氮的常规条件存储与可控利用提供了重要理论参考。