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研究碳纳米管束和碳氢分子固体在高压下的聚合行为，对探索新型碳基材料和发现新物理性质有着重要的科学意义。本论文应用第一性原理计算方法系统地研究了碳纳米管和1∶1碳氢分子的三维聚合晶体结构，确定了它们的电子、声子和力学性质，并对三维聚合碳氢体系中空穴掺杂引起的超导电性作了理论预言。 首先，我们研究了单壁碳纳米管的三维聚合晶体结构。基于直接的交叉连接机制和管间滑动辅助的交叉连接机制，我们确定了(3，0)到(10，0)锯齿形纳米管的一系列稳定聚合晶体结构。能量计算表明在提出的聚合结构中，具有类金刚石sp3管间成键组态和小的管截面扭曲的结构能量最低。这些聚合纳米管晶体结构具有比相应的纳米管束更高的体积模量和剪切模量，并表现出依赖于管子直径的金属或半导体性质。根据对(6，0)纳米管束的静水压模拟计算研究，我们发现管间滑动是促进单壁碳纳米管在高压下发生聚合反应的有效途径。 其次，我们预言了三种新型三维碳氢晶体结构K4-CH、T8-CH和R6-CH。具有I41/a和R3对称性的碳氢结构T8-CH和R6-CH分别由三折和四折螺旋碳氢链构成，与对称性为I213的K4-CH结构一样具有饱和的sp3杂化特征。声子谱和能带计算表明这些类金刚石的碳氢晶体结构动力学稳定，具有高达200 GPa的体积弹性模量，并都表现出透明的绝缘体行为（间接带隙为5.9-6.7 eV）。焓压曲线的计算表明在0-50 GPa压力范围内，它们相对于化学计量比为1∶1的乙炔、立方烷和苯等分子固体的稳定性随压力不断增强。这不仅揭示了饱和碳氢结构在热力学上的稳定性，还表明通过压缩亚稳态的碳氢分子固体来合成新型聚合碳氢化合物是很有潜力的途径。 最后，我们研究了三维聚合碳氢化合物K4-CH和T8-CH在空穴掺杂下的电声耦合和超导性质，发现对这些类金刚石碳氢体系进行掺杂有可能实现声子调节的高Tc超导电性。与金刚石相比，这一类碳氢化合物的优势是它们在费米能级处的态密度随空穴掺杂上升非常迅速，以致在较低的掺杂下就能够产生σ键价带顶空穴和特征光学C-C键拉伸模式的强烈耦合。理论计算表明在目前金刚石中可达到的5％空穴掺杂范围内，K4-CH和T8-CH的Tc可以超过90 K，这将很有希望实现液氮温区的高温超导。