低原子序数元素和化合物是宇宙的重要组成成份。在高压作用下（有时结合高温），这些轻质的单质或化合物的结构可以发生转变，甚至能出现意想不到的特性，比如，“金属氢”和“聚合氮”一直是高压科学的热点问题。本论文将针对几个典型含有H、N、C元素的有机环状小分子体系进行系统的高压研究。对于含轻元素的有机小分子体系，其晶体内部既存在原子间的强共价相互作用，又存在分子间的弱相互作用（氢键、电荷转移、范德华作用力等），施加微小的压力作用就可以造成分子间距较大的变化，引发晶体结构的重排和物理性质的变化。另一方面，伴随压力的升高，此类化合物中的分子间和分子内的排斥相互作用会随之增强，分子内的一些不饱和共价键会变得异常不稳定，体系为达到较小的稳定化内能，活化的分子内价键就非常有可能发生重排的高压化学反应，使得高压可以实现无需催化的有机固相反应，从而将单体分子聚合成为高密度网状结构。本论文针对富氢（吡咯和杂氮环丁烷）、富氮（四氮唑）有机环状化合物及相关体系（TCNQ）进行了系统的高压研究。具体创新性结果如下：1.高压下吡咯（C4H5N）和杂氮环丁烷（C3H7N）的研究：吡咯作为五元芳环分子，高压下经历了一系列的结构转变。首先，在0.6GPa发生液相→结晶相Pnma的转变。然后，在~6.2GPa发生结晶相Pnma→结晶相P21/c之间的转变。该相变过程中伴随大的体积塌缩（在6GPa发生~40%的体积塌缩）。主要归因于高压下晶体内部分子的旋转重排，即分子从“人”字构型排列转变成为密堆积的“二聚体”平行排列。由于新相P21/c相变过程中有大的体积塌缩，很适用于新型储氢材料的探索。此外，新相P21/c其二聚体内分子之间最近C···C存在一个临界距离为~1.62（~10.2GPa）。当此处的空间位阻（势垒）被克服之后，14.3GPa时，C···C形成C–C单键。代表晶体到无定形聚合的开始。28GPa时，样品已全部转变为无定形态。从34GPa卸压，样品拉曼光谱与XRD衍射谱同时显示，加压-卸压过程不可逆。卸压至常温常压，样品保持无定形态。拉曼光谱显示产物带有单键，与苯的高压下聚合产物（a-C:H）很相似。与吡咯不同，杂氮环丁烷属于饱和共价键四元环分子。样品在1.4GPa发生液相→结晶相的转变。进一步加压到15.4GPa，晶体相转变成为无定形相。从43GPa卸压至常温常压，样品恢复液态，此相变过程可逆。吡咯和杂氮环丁烷的高压下实验结果表明：高压下含不饱和共价键的有机分子更易于发生分子间的无定形聚合，适用于探索合成单键连接的高密度网状结构。2.高压下四氮唑（又名1H-四氮唑，CH2N4）的研究：“聚合氮”虽已被Eremets等人成功合成，然而，它不能保存至常温常压。向其中引入杂原子成为降低“聚合氮”保存压力的方法被提了出来。富氮四氮唑其分子中由于含有不饱和共价键（N═N，C═N）高压下可能更易于聚合，从而引起我们的关注。实验结果发现：3.1GPa开始发生晶体相Ⅰ→晶体相Ⅱ的转变，在7.8GPa完成相变。该相变过程中伴随着大的体积塌缩（4.4GPa时，体积塌缩18%）。新相II属P1对称群，单个晶胞内带有两个反平行错开排列的分子形成一个二聚体。从13.8到50GPa，样品发生晶体相Ⅱ→无定形态之间的转变，这期间伴随一个中间相，为过渡区域，接近于亚晶态。四氮唑无定形化转变的起始被认为是由高压下分子π-π堆砌的斥力引起分子和晶格的扭曲所导致的。直到~60GPa，样品开始发生无定形聚合，此时样品表面颜色由白色转变为微红色，并随压力增加颜色变深。这表明样品分子中共轭双键的数目在增加。样品从75GPa卸压恢复到常温常压时，产物是不可逆的无定形态。紫外吸收光谱显示产物分子共轭性增大，可能发生聚合。高压下四氮唑的结构转变为今后高压下采用富氮含能芳环化合物合成新高能量高密度材料提供了新的思路。3.高压下TCNQ（7,7,8,8—四氰基对苯二醌二甲烷，C12H4N4）的研究。TCNQ是一种有机半导体，其晶体中分子是面对面堆积成分子柱的，这种堆积使得TCNQ的π电子云有显著的重叠。高压可以改变电子云的重叠程度，从而影响有机分子晶体的光学和电子输运等性质。我们利用高压拉曼散射，高压同步辐射X射线实验技术手段对TCNQ进行了系统的研究。常温常压下TCNQ晶体为C2/c对称性，理论计算其带隙宽度为1.477eV。样品在0.9GPa开始发生相变，在~3.7GPa完成相变,高压新相为三斜（P-1）对称性。进一步加压到达10GPa时，样品开始从结晶相向无定形相转变。直到18GPa，样品完全转变为无定形相。从18GPa卸压回到常温常压状态，产物依然保持为无定形态，在激光作用下，产物表面有荧光效应。