典型的具有一维孔道结构的单壁碳纳米管（SWCNT）和磷酸铝分子筛（AlPO₄-5:AFI）晶体是研究一维限域体系的理想模版，当原子或分子填充到这种具有一维孔道结构的材料中时会诱发很多区别于体材料奇异的特性，对其研究不仅可以使我们了解一维限域体系的相互作用机制，而且可以发现很多新现象、新特性以及新规律。本文利用理论模拟的方法，对几种典型的分子填充到单壁碳纳米管和AFI分子筛孔道中形成的一维限域体系的常压和高压结构做了详细的研究。C₆0填充到与之直径相近的单壁碳纳米管中形成的准一维纳米豆荚型结构-peapod(C₆₀@SWCNT_s)自发现以来便引起了人们广泛的关注，其中C₆₀分子的稳定取向以及偏离管轴位置的研究一直是人们关注的热点问题。本文详细研究了C₆₀分子间相互作用对限域于不同手性和直径的单壁碳纳米管中C₆₀取向的影响，给出了C₆₀在碳管中取向的物理图像，发现其稳定取向与手性无关，取决于碳管的管径。在小管径中为无边形方向，在大管径中为六边形取向，在直径1.31-1.36nm碳管中，C₆₀分子的取向与近邻分子相关，呈交替取向。还发现了C₆₀分子一个新的顶点取向。研究还表明当直径大于1.4nm时，C₆₀分子会偏离管轴形成“之”字链结构，其偏离管轴的位置和管径的大小成线性正比关系。通过能量分析和分子动力学模拟的方法，详细地研究了C₆₀H₁₈分子在不同手性和直径的单壁碳纳米管中的结构和动力学行为。发现其取向仅与管径相关，随管径的增大逐渐由分子的C3V轴与管轴有夹角的倾斜方向转变为平行方向；在直径小于1.45nm的碳管中分子表现为受阻的平动行为；当管径大于1.57nm时，分子偏离管轴且随管径的增大依次形成“之”字链、双分子层、四螺旋等堆垛结构。二茂铁分子填充到单壁碳纳米管中形成的准一维豆荚型结构（FC@SWCNT（13,0））有着广泛的应用前景。目前，对这一含有过渡金属元素的豆荚型结构的研究还停留在常压的条件下，对其在高压下的结构和性质的研究还鲜有报道。本文应用密度泛函理论研究了二茂铁分子限域于（13,0）单壁碳纳米管中的结构在高压下的变化规律。发现平躺的二茂铁分子在碳管中随压力的增加仅在平行管轴方向发生轻微扭转；填充后的碳管在3GPa时发生椭圆化，8GPa时转变为扁平的椭圆，23GPa时体系被压塌。发现体系的带隙随压力的增加而变小，在9GPa时闭合，发生金属化。碘（I2）作为一种典型的双原子分子，当填充到AFI分子筛孔道中时可以形成准一维长链结构，是制备一维量子线的理想材料。实验研究表明，利用高压手段可以使AFI分子筛内部孔道碘分子链增长，然而实验上并不能给出高压诱导其内部碘分子链增长清晰的物理图像。本文研究了碘分子限域于AFI分子筛准一维孔道中的取向和拉曼振动随压力变化的规律，并揭示了其变化机制。发现限域后站着的碘分子在高压下有垂直取向转变为平行取向，导致碘链的增长。给出了站立和平躺两种碘分子的拉曼振动光谱随压力的增加分别发生蓝移和红移，并在5GPa时随压力系数出现突变的变化规律，揭示出该突变是AFI分子筛孔道椭圆化导致的。以上对不同限域体系的常压和高压研究，不仅可以使我们更全面地了解一维限域体系的相互作用机制，而且可以拓展低维纳米工程材料的研究和应用。