本论文采用第一性原理的计算方法，结合实验的最新进展，研究了氢原子在碳管表面的吸附和扩散行为，镍修饰的单壁纳米碳管(SWNTs)及催化剂钯团簇与氢气的相互作用。论文内容主要包括以下几部分：　　 首先，研究了H原子在碳纳米管表面的吸附和扩散行为。计算结果表明，单个氢原子的吸附能随管径的增加而减小，和碳管手性没有关系。两个氢原子倾向于吸附在邻位和对位的碳原子上，其吸附能与单个氢原子的相比有明显增加。关于H原子在SWNT表面扩散的研究发现，单个H原子可以在小直径碳管的表面沿C-C键进行扩散，随着管径的增大，氢原子可能会脱离碳管而不发生扩散。进一步的研究发现当氢原子扩散到另一个氢原子附近时，其扩散势垒与两个氢原子的相对位置有明显的依赖关系。　　 其次，研究了镍修饰的SWNT与氢气分子的相互作用，结果表明，镍原子的掺杂可以提高碳管的储氢量。单个镍原子吸附在碳管的桥位上时，最多可以化学吸附三个H2分子，平均每个H2吸附能的大小为0.67eV，更多的氢气分子只能物理吸附在镍原子的附近。Ni的二聚体吸附在碳管的表面可以分解H2分子而不需要克服势垒，可以作为碳管以原子的形式储氢的催化剂。同时还发现，在碳管的表面用硼原子替代一定量的碳原子，可以增加镍原子在碳管表面的吸附能，控制镍原子的扩散，避免形成大的镍团簇，从而以提高实验中镍掺杂碳管的储氢量。　　 最后，系统研究了氢与Pdn(n=1-7)团簇的相互作用。研究结果表明，当H2靠近Pd团簇时，随着吸附位的不同，H2既可以分子吸附在Pd原子的附近，也可以分解吸附在Pd团簇的表面。通过对氢分子沿垂直于Pd-Pd棱靠近团簇并发生分解所需克服势垒的研究，笔者发现随着Pd原子数的增加分解势垒先增加再减小。当H原子吸附在Pdn团簇表面时，所对应最稳定构型的吸附能随Pd原子数的增加而减小，n≥4时平衡在leV附近，同时，氢原子的最稳定吸附位也由Pd-Pd棱转变成Pd的三角平面，这说明H原子在n≥4团簇表面上的吸附情况逐渐过渡到其在块体表面上的吸附。