该文从水分子与物质相互作用的角度出发,用基于第一性原理的总能计算和分子动力学模拟方法,从原子和电子的层次上研究了水在表面和界面上的一些物理现象.在金属密排表面上,水分子吸附在顶位,基本平躺着,且沿着方位角可以自由转动.它经桥位扩散,势垒为0.1~0.3eV.小团簇结构和自由情形相类似.水分子吸附在顶位上,并尽可能平躺以使金属和水的作用最强.单个分子在台阶上的吸附很强,但只有锯齿形的一维链是稳定的,其中的氢键很弱.在更高的覆盖度下,水形成双层和多层的结构.H-up和H-down的两种双层结构相似,能量几乎简并.覆盖度增加会使多层结构发生转化.从Ru、Rh、Pd、Pt到Au,随着金属d电子的占据和原子半径的增大,水分子的吸附距离越来越高,吸附能越来越小(从409meV到105meV),冰双层的厚度越来越小,但上层分子的高度基本不变.我们发现水通过O的孤对电子(特别是3a<,1,1b<,1>轨道)和金属衬底的电子(特别是表面态电子d<,xz>和d<,z><2>)形成化学键,并造成从水分子到表面的电子转移;这种水和表面的作用是相当局域的,主要集中于与表面直接成键的底层分子.水在表面的吸附通常造成分子间氢键增强.特别地,我们第一次发现分子状态的双层结构中存在强弱不同的两种氢键.从分子尺度上看,表面亲疏水现象决定于表面和水的相互作用和水与水之间的氢键作用的竞争.表面上水等氢键结构中,OH伸缩振动对氢键信息非常敏感,对OH振动的识别可以成为一种识别氢键网络结构的普适有效的方法.通过模拟观察到在0.5GPa的压强下,限制在两个金属板间的冰薄层融化成液态水.我们得到了受限水的状态方程,研究了相变点附近水的动态结构.发现压缩首先造成界面处水层在垂直方向的动能增加,然后增加的动能转移到平行方向和内部水层,并在3-5ps的时间内重新达到平衡.压缩造成表面和水的电子重新分布.冰融化成液态的时候，界面处电子仍保持着类似于冰中的有序分布.K,Na离子在石墨表面形成二维（2D）的水合圈结构.这源于表面的2D限制，和离子与表面间的电荷转移.K和Na的第一水合圈层分别有3个和4个水分子.水分子增多时，水从2D结构逐渐转化为3D的水合圈.K离子仍保持在表面上，周围形成半球形的3D水合圈;而Na离子则逐渐远离表面，直到完全溶解于水中.