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金属中氢原子的行为特点一直以来都是工程应用与基础研究等科研领域所关注的重点问题。氢原子被金属中的缺陷所捕获并于缺陷处大量聚集常常是导致材料力学性能退化的原因之一。虽然对金属中氢原子行为的研究已经进行的相当深入，但对于氢原子在缺陷周围的占位与氢-缺陷团簇生长机理的理解尚不清楚。而在这些缺陷中，点缺陷（如空位，置换原子，间隙原子等）以其在金属中存在的广泛性和普遍性，往往成为探索机理性问题的着眼点。基于此，本文以金属中点缺陷周围氢原子的行为特点为研究的出发点，运用第一性原理计算对一系列的体心及面心立方结构金属中氢原子的行为特点进行系统的计算和分析，主要的研究结果如下: (1)研究了一系列体心立方结构金属（Fe、V、Cr、Nb、Mo、 Ta及W）中氢原子的团簇行为特点，发现在这些金属中，无论在其本征态或是缺陷（空位）态，氢原子毫无例外地倾向于固溶在电荷密度较高的间隙位置。空位的引入会改变其周围高电荷密度间隙位置的分布情况。同时发现，“氢-空位”缺陷簇的长大并不是毫无规律可循的，它与周围金属原子能够提供的电荷密切相关。在此基础上初步提出了“电荷-应力”制约的一般化机制，并发现这一机制在体心立方结构金属中是普遍存在的。 (2)分析了标准的DFT-PBE计算方法在一系列面心立方结构金属(如Au、Ag、 Pt及Pd)的空位生成焓计算时与实验结果出现较大偏差的原因。同时通过计算比对发现，运用包含非局域交换关联的杂化密度泛函方法可以很好的改进这一问题。该杂化密度泛函的计算结果与经Local Grüneisen Theory方法修正后得到的空位生成焓实验值基本一致。通过这种方法，可以更为精确的描述缺陷的生成能以及相关的热力学性质。 (3)研究了面心立方结构金属(Ni、Cu及Al)中氢原子的行为特点，并进一步对“电荷-应力”制约的一般化机制的普适性进行验证。计算结果表明，在面心立方结构金属中，“氢-空位”缺陷簇的长大仍然受周围金属原子的供给电荷影响和制约。“电荷-应力”制约的一般化机制在面心立方结构金属中仍然适用。同时，运用这一机制可以很好的解释金属Al中反常的氢原子占位与捕获情况。 (4)探索了一种新型的核电用钢—富氧纳米团簇弥散强化铁素体钢中氢原子的行为特征。该类钢中的弥散颗粒是纳米团簇，其核心为“氧-空位对”。计算了一个及多个“氧-空位对”对氢原子的捕获后，发现“氧-空位对”对氢原子的捕获数量持续稳定在4-5个左右，并且其周围的氢原子浓度并不会随着缺陷的聚集而进一步增大。这一结果与单纯的空位对氢原子的捕获情况形成鲜明的对比，在没有氧的情况下，随着空位数量的增多，其所捕获的氢原子数量显著增加，缺陷簇周围的氢原子浓度急剧增大。由于该类钢中的富氧纳米团簇颗粒密度很大(＞1024/m3)且间距很小(＜10 nm)，理论计算可以容纳的氢原子浓度高达22 ppm（wt.％）。如果实际的占据情况能够达到理论计算值的一半，则氢原子浓度也可以达到11ppm（wt.％）。这与近期实验测试所得出的该类钢中的极限氢浓度相近。另外在ODS钢中也观察到相似的“电荷-应力”制约的一般化机制。运用这一机制可以解释ODS钢中多个“氧-空位对”缺陷簇捕获氢原子数明显少于多个空位缺陷簇的本质原因。这主要是因为在“氧-空位对”缺陷簇中，氧原子已经消耗了大量的间隙电荷(～1 e/O atom)，使周围的金属原子可以供给氢原子的间隙电荷明显减少。