核聚变能由于产能率高,清洁无污染等优点,是人类未来发展的先进能源之一。然而在聚变堆的高压氢及其同位素的生产、储存、运输等过程中,氢在不锈钢等结构材料中能够迅速扩散、渗透,造成氢的损失以及结构材料的氢脆等严重危害。在结构材料上沉积阻氢渗透涂层（HPB）能够显著降低氢及其同位素的渗透率,也是目前使用较多的解决办法。在本研究中,我们使用密度泛函理论（DFT）考察了不同化学计量比的钒的碳化物（V_xC_y）的稳定性,以及氢在不同V_xC_y体相和VC（001）表面上的行为。同时利用过渡态理论（TST）分析了氢气（H₂）分子的离解、氢原子（H）的扩散和渗透行为。研究结果表明:在不同的V_xC_y相中,碳空位和晶体结构对称性都会影响其相稳定性。另外,空位峰的出现是由穿过碳空位的未被屏蔽的钒-钒相互作用所产生的。H原子在各V_xC_y相中的稳定性取决于成键峰和反键峰的数量和强度。而碳空位的出现明显提高了H原子在体相结构中的扩散势垒,这可能是由于H原子从碳空位中脱出时需要克服一个巨大的吸热势垒,之后以间隙原子的形式在晶格中扩散,直到被另一个碳空位再次捕获。但是,当出现较多的碳空位时（例如从空位有序的V₈C₇相转变为V₄C₃相时）,可能会降低H原子从一个碳空位中脱出时所要克服的能量势垒。通过对比发现,在V₄C₃相中,H原子在碳空位时具有极小的形成能,并只能够溶解很少的数量,在其扩散时需要克服很高的扩散势垒的特点,这些因素证明了空位有序的V₄C₃相对V_xC_y涂层的阻氢性能有非常积极的影响。我们详细地从能量、振动、电子结构和量子效应的方面讨论了氢的行为及其对涂层的影响。此外,H₂分子倾向于以物理吸附的形式存在于VC（001）表面,并为进一步的H₂分子解离提供了有利的环境。当由H₂分子解离为原子氢后,则以两个氢原子共吸附的状态位于碳原子的顶位处。同时,H₂分子在表面的解离速率主要受由温度控制的激活能垒大小的限制。随着H原子在表面覆盖率的增加,其在表面的吸附能力呈下降趋势。对于H原子从VC（001）表面向体相的渗透过程,其中一个显著的吸热能垒和较低的指数前扩散因子表明H原子从VC（001）表面渗透时的主要阻挡作用位于在VC的表面。理论研究表明,钒的碳化物是一种可行的阻氢渗透材料。