压力是调控材料结构和性质的重要热力学参数之一。在压力的作用下,物质的原子间距离缩短,晶格重新排列,从而发生结构相变;随之而来是物质电子性质的改变,如带隙变化、能带交叠等。理论预言所有物质在足够高的压力下都会变为金属态,绝缘态的分子氢在高压下也会转变为金属氢。因为氢具有较小的原子质量,所以其德拜温度（48）较高;基于超导BCS理论,物质的超导转变温度Tc正比于其德拜温度（48）,因此,金属氢被认为是潜在的高温超导体,甚至是室温超导体。然而直到今天,实验上也没有确凿的证据证明氢在高压下实现了金属化。本世纪初,Ashcroft提出了非氢元素对氢的“化学预压缩作用”认为富氢化合物比纯氢更容易金属化,即需要的外部压力更低,因此是实现金属氢及高温超导体的有效途径。本文采用第一性原理计算方法,结合晶体结构预测技术,对高压下重稀土元素（Tm,Lu,Yb）超氢化物和笼型超氢化物LaH10以及三元超氢化物Na-Al-H和BaRe-H体系的晶体结构、动力学稳定性、电子性质和超导电性等进行了系统的研究,设计了笼状结构的超氢化物Lu H6,其超导转变温度（Tc）高达273 K,已达冰点温度;揭示了高压下LaH10超导电性的机理,加深了人们对氢化物超导机制的理解;设计了三元金属超氢化物Na Al H8和Ba Re H12,预测它们在高压下的超导转变温度分别为55 K和128 K,进一步拓展了三元氢化物的理论研究。具体研究成果如下:（1）重稀土元素（Tm,Yb,Lu）超氢化物的高压相图和超导电性。高压下新型超氢化物呈现出高温超导的巨大潜力,但是这些氢基超导材料基本在150 GPa以上才能稳定存在,如此高的压力大大限制了对此类超导材料的应用研究。因此,在较温和的压力条件下获得高温氢基超导相是目前该领域的关键科学问题。另外稀土金属氢化物具有丰富的结构和物理图像,迫切需要总结影响超导电性的一般规律。基于此,我们对重稀土元素（Tm,Yb,Lu）氢化物在高压下的结构稳定性和超导特性进行了系统的研究,设计了立方XH6（X=Tm,Yb,Lu）笼型氢化物,预测Yb H6和Lu H6分别在比较温和的压力70和100 GPa下动力学稳定,它们的超导转变温度Tc分别为145 K和273 K,特别是Lu H6的超导转变温度已达冰点温度,在已知的立方XH6笼型氢化物中超导转变温度最高,并且超导压力也远低于其它高Tc氢化物所需的压力。Tm H6在更低的压力50 GPa动力学稳定,然而其Tc值非常低,只有25 K。进一步分析费米面处f电子结构、声子谱及Eliashberg谱函数,发现费米面处的f电子有利于立方XH6笼型氢化物结构的稳定性,但不利于其超导电性。（2）高压下笼型超氢化物LaH10的超导电性。理论预测和实验确定的笼型超氢化物LaH10在高压下的超导转变温度高达250260 K,是继H3S高温超导的又一大突破。我们计算了LaH10在不同压力下的结构稳定性、电子性质、超导转变温度Tc以及同位素系数α,并分析它们与压力之间的关系。对高压下LaH10各个结构的焓值进行比较,发现C2/m和R3（?）m两个相在200 GPa以下焓值十分接近,确定了C2/m或R3（?）m在200 GPa转变为Fm3（?）m。通过引入双电声耦合系数λac（声学支）和λopt（光学支）方法结合密度泛函微扰理论,我们预测了Fm3（?）mLaH10在200 GPa下的超导转变温度为254 K,同位素系数α为0.45,与前人实验结果一致。随着压力的升高,同位素系数基本维持不变,电声耦合强度减弱,超导转变温度随之降低。通过分析电子结构、声子谱及弹性常数,发现费米面存在电子口袋导致电子态密度在费米面附近出现峰值,弹性常数C44引起声子软化,光学支及氢的振动对电声耦合起主要作用,揭示了LaH10高的超导转变温度主要归因于氢主控的较高的电子态密度和较强的电声耦合。（3）高压下三元钠铝氢化合物的结构和超导电性。最近理论预测了400GPa下Tc超过的400 K“热”导体Li2Mg H16,实验上在C-S-H化合物发现了室温超导（288 K,267 GPa）,为在三元富氢化合物中寻找高温超导体燃起了希望。通过第一性原理计算方法,我们系统研究了高压下三元Na-Al-H体系的相图、电子性质、动力学稳定性以及超导电性,发现了稳定的Na Al H4、Na Al H6和Na Al H8以及亚稳的Na Al H7。通过电子结构分析可知具备H-和H2的Na Al H7和Na Al H8呈现金属性,Na Al H4和Na Al H6呈现半导体特性。理论预测Na Al H8在300 GPa下的超导转变温度为55 K,其声子谱中沿着高对称点A-M存在由费米面嵌套引起的声子软化现象,声子软化增强了电声耦合作用,有益于超导。我们还提出了四种可行的合成路径:Na+Al+H2,Na+Al H3+H2,Na H+Al+H2,Na H+Al H3+H2,为之后的高压实验合成三元Na-Al-H化合物提供参考和指导。（4）高压下三元钡铼氢化合物的结构和超导电性。我们在100-300 GPa压力范围内对三元Ba-Re-H体系进行结构搜索,计算了稳定结构的电子性质、动力学稳定性以及超导电性,发现了稳定的Cmmm-Ba2Re H8和Pm3（?）-Ba Re H12以及亚稳的P2/m-Ba Re H12。Cmmm-Ba2Re H8具有不同于常压下的[Re H8]4-阴离子配体,费米面处H的电子贡献较小,不利于氢与中、高频的声子进行耦合,在100 GPa其超导转变温度只有19 K,且随压力升高,电声耦合强度减弱,超导转变温度降低。稳定的Pm3（?）-Ba Re H12和亚稳的P2/m-Ba Re H12中的H均以H2单元形式存在,其H-H间距范围为0.851.07（?）,成弱共价键。Pm3（?）-Ba Re H12的能带结构中同时具有平缓和陡峭的能带,且费米能级处H占比相对较高,有利于超导,理论预测其在100 GPa的超导转变温度Tc为128 K。亚稳的P2/m-Ba Re H12超导转变温度随压力增加逐渐升高,在300 GPa时超导转变温度为41.6 K。我们的工作对进一步寻找多元氢化物高温超导体提供重要的参考和指导。