作为21世纪的理想能源,核聚变反应的研究引起了广泛的重视。在核工业领域,存在一个亟待解决的材料学问题：聚变反应堆的面壁材料(PFMs)在高温和高通量氢同位素的轰击下,会导致材料表面起泡,溅射腐蚀,使之脆化,形成氢脆,从而破坏材料的力学和热学性能,缩短材料的使用寿命。目前,钨和钨合金由于良好的热传导性,高熔点,低溅射率等优良特性被普遍认为是最有希望成为国际热核聚变实验堆(ITER)等离子体面壁材料的候选材料之一。在高温高通量等离子体的轰击下,这些材料会不可避免的在壁材料的表面形成混合体,这不仅影响材料的热力学性质,还影响面壁材料对燃料的滞留特性。本论文的工作之一就是研究C/W混合表面对H滞留行为的影响。此外新型的高性能陶器—金属过渡材料Ti3SiC2具有高温热稳定性,热传导性,可加工性和塑性等,且还具有良好的连接特性,低活化性和一定的抗辐照性质,因此论文另一重点研究了H对Ti3SiC2的化学键行为的影响,探讨了其成为下一代聚变反应和裂变反应堆的应用材料的可能性。本文利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理,对具有体心立方的W材料中掺杂C对H的行为的影响和在Ti3SiC2材料中掺杂H对其化学键特性的影响两部分内容,进行相关的弛豫计算模拟。1)我们计算发现,在W中,H最容易占据四面体中心间隙位置(TIS),此时溶解能为-2.46eV,而C原子最容易占据八面体中心间隙位置(OIS),溶解能为0.78eV。在材料W中,H和C由于电负性大于W,因而H和C分别从周围的W中夺得电子分别带-0.26eV和-0.68eV的负电荷,因此,在没有其他缺陷存在的情况下,由于C-H之间显示库伦排斥作用,在材料W内C很难有效的捕获H。另一方面,由于带负电的C-H间强烈的库伦排斥大大增加了H在体心立方结构的W材料中的扩散和迁移势垒,因而,形成的W/C表面阻碍了入射到W体内的H穿越W/C层返回到反应腔,使H向W晶体的深层扩散,进而造成大量的H在W内聚集,高浓度的H增加了H被W材料内本征缺陷捕获的几率,比如空位缺陷,从而促进了H泡的形成；2)根据晶体结构的对称性,Ti3SiC2晶体材料中有三个典型的间隙位置最可能有利于H原子的占据,计算发现H占据Si面(I-SiTi)及Si面附近的间隙位置(I-SiC)时,H的溶解能最低,所造成的晶格畸变最小；Ti3SiC2材料的高温热稳定性,高弹性模量等优良的特性主要是源于其中的原子间相互结合而成的Si-Ti-C-Ti-C链状结构,其主要是基于原子间很强的p-d杂化而形成的共价键。通过PDOS分析发现,H的掺杂,主要是通过H与Si原子间的S-S杂化和C的sp态杂化形成了共价键,这并没有显著影响Ti3SiC2材料的Si-Ti-C-Ti-C链状结构中的基于p-d杂化的化学成键特性(其机理不同于金属中H与金属间的s-d杂化,从而削弱了金属之间的结合作用),因而依据晶格离解模型可以推测Ti3SiC2材料在一定的程度上具有抗氢脆能力。本文创新点：通过准确的模拟计算和合理的分析,很好的解释了在体心立方晶体材料W中,C的掺杂对H滞留行为影响的实验现象,即一定C浓度的掺杂并不能明显增加H在W中的滞留量,但是C浓度的升高将会促使H泡形成；另外,通过在新型高温结构陶瓷--金属过渡材料Ti3SiC2掺杂H,研究了H对该材料成键特性的影响,初步的探讨了该材料的抗H脆能力。