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本论文运用周期性密度泛函理论（DFT）和从头算分子动力学（AIMD）方法,对不同种类高能金属M/CuO（111）复合物的几何构型、电子结构及反应活性进行系统性的研究;模拟研究了不同温度下纳米铝热剂Al/CuO界面的反应过程、反应机制和传播速率;探究了Al/CuO纳米铝热剂的绝热反应过程及反应性质,并将模拟过程数据结果与实验反应过程和现象进行了对比;研究了高温和高压条件下爆轰产物（H2O、N2和CO2）间的二组分相互作用机制。其主要研究内容如下:1.采用周期性DFT方法,模拟计算研究了M/CuO（111）复合物（M为Al、Mg、Ti和Zr）的几何构型、电子结构及反应活性。其界面主要由表面O、Cu以及金属原子M通过离子键M-Osurf和金属键M-Cu构成。结构优化过程中界面上M-Osurf和M-Cu距离的变化表明离子键和金属键在形成界面时起重要作用。金属吸附层和CuO之间具有较强的相互作用。Zr/CuO复合物的吸附能最高,而Al/CuO体系的形变能最小,其反应活性最高。金属层与CuO表面处的离域电子表明界面处的电子活性比其他区域高。2.基于纳米铝热剂Al/CuO界面反应过程的AIMD模拟,发现Al和CuO氧化还原反应首先发生在CuO与Al接触的上、下两个界面处,并生成铜和氧化铝。温度越高,其反应越迅速,也越完全。当温度高于2000 K时,铜原子开始渗入金属铝层。温度达到3000 K时,铝原子和铜原子相互渗透,并且铝原子最终渗入到生成的金属铜中。不同温度下,上、下界面氧化前端的传播速率和反应持续时间都有明显差别。830和1000 K温度下铝热反应不完全;2000 K时反应完成;3000 K温度下反应提前完成,且有铜原子迁移进入氧化铝中。3.通过铝热剂Al/CuO绝热反应过程的AIMD模拟,发现氧化还原反应从Al和CuO接触的界面处开始,并放出大量热量,最终生成液态铜和氧化铝。引发的界面反应使得内层氧原子向外扩散。氧化还原反应释放的能量以及反应过程中形成的空位维持了氧原子的持续运动。生成的铜团簇作为障碍物削弱了体系的反应性能。氧原子连续运动作为决速步与燃烧速率相关联。这些机制可以指导人们通过控制氧原子的运动速率来调节含能层的反应性能。4.运用AIMD方法,模拟研究初始分解温度（504K）和不同压力（1-5 GPa）、604K和5 GPa、704K和5 GPa条件下FOX-7晶体的分解反应过程。结果表明,FOX-7晶体的初始分解机理为双分子分子间氢转移反应,且其初始分解机理与压力无关。FOX-7的持续分解反应与温度和压力息息相关。在初始分解温度条件下,当压力从1GPa上升到2 GPa、3 GP上升到5 GPa,FOX-7分解过程加快;当压力从2 GPa增加到3 GPa,减缓了FOX-7的分解过程。温度对FOX-7体系分解起着促进作用,并且温度和压力对FOX-7分解具有协同作用。5.运用AIMD方法,模拟研究了爆轰温度和压力下爆轰产物（H2O、N2和CO2）之间的相互作用机理。CO2-N2体系在不同温度和压力下无相互反应;H2O-N2体系仅在4000 K和50 GPa下才开始发生反应;H2O-N2体系中仅只有少部分N2分子发生了分解,表明在极端条件下N2和H2O分子间的相互作用不强。H2O-CO2体系很容易发生反应,生成不同的反应产物。高温下H2O和CO2之间的初始相互作用机制与压力无关,但温度对相互作用有抑制作用。H2O-CO2体系中会生成含有多个碳原子的碳团簇,压力越大倾向于形成更大的团簇,而高温是形成团簇的不利因素。