氢不仅是最简单的元素，也是宇宙中含量最丰富的元素。早期理论预言固体氢在高压下转化为金属氢，可能是室温超导体。固体氢的高压研究也因此备受科学界的广泛关注。本文采用卡里普索（CALYPSO）结构预测方法，结合基于密度泛函理论的第一性原理总能计算和分子动力学模拟，对固体氢在超高压下的结构相变、金属化、熔化行为进行了系统深入的研究，取得了如下创新性结果：1.理论预言在超高压下（470万大气压）固体氢转变为具有奇异准分子结构的高压新相，诠释了固体氢在高压下的分子解离机制；理论预言在2100万大气压下，固体氢转变为具有类三角单元的原子相，提供了崭新的结构原型，拓展了对固体氢的高压化学成键认识。2．利用含温巨动力学方法模拟了固体氢在高压和室温条件下的结构相变行为，提出室温和275万大气压条件下具有金属特性的正交Cmca分子相能量最为稳定，支持了固体氢室温金属化的可能性；通过变胞分子动力学和全量子计算，发现室温和高压下固体氢IV相中氢原子的自由传播行为，首次提出固体氢IV相可能具有类液体的质子扩散行为。3．利用精确的两相共存和Z方法分子动力学模拟，获得了固体氢在30－600万大气压范围内的高压熔化曲线，揭示了固体氢的熔化行为随压力的复杂变化，发现固体氢的熔化曲线在430万大气压下有极小值（～367K）的出现，之后熔化曲线随着压力的升高而缓慢升高，表明固体氢在400万大气压下不可能转化为早期理论预言的量子流体。