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本文采用第一性原理计算研究过渡金属(Cr/Fe/Ru/Os)硼/氮化物的结构、稳定性、力学性能和电子性能,以期为材料新性能的预测提供理论依据并为新材料的合成提供指导。利用粒子群优化算法并结合第一性原理计算,系统地研究了Cr B4和Fe B4的高压行为。结果表明,尽管在常压下Cr B4与Fe B4具有相同的Pnnm结构,但二者在高压下的结构演化路径却截然不同。Cr B4在196GPa以上采取P2/m结构,在261-294 GPa采取Pm结构,在294 GPa以上采取Pmma结构。与初始结构中褶皱的硼网不同,Cr B4的高压相具有不同结构的平面二维硼网。相对而言,Fe B4在48 GPa以上采取具有四面体B4单元的I41/acd结构,在231 GPa以上采取具有等边三角形B3单元的P213结构。Cr B4的高压相表现出导体特性,而Fe B4的高压相表现出半导体性。力学性能计算表明I41/acd-Fe B4是超硬材料,而Cr B4的高压相属于硬质材料。利用第一性原理计算比较了实验上相互共生的Fe B4和Fe2B7的生成焓以及结构特点。计算表明,Fe2B7+B和Fe2B8(Fe B4)的焓值非常接近,这是两相共存和紧密相互共生的起因。计算了Ru2B7和Os2B7的形成焓、弹性常数和声子谱,说明了其热力学稳定性、力学稳定性和动力学稳定性。Ru2B7和Os2B7表现出金属性,其良好的力学性能归因于Ru/Os-d轨道和B-p轨道的杂化作用和结构中强B-B共价键的存在。利用第一性原理计算,系统地研究了在0-50 GPa压力范围内Ru氮化物的结构稳定性、合成途径、力学性能和电子结构。能量计算表明,我们预测的具有I-4m2对称性的Ru N比早期实验上报道的Na Cl型和Zn S型结构更具有竞争力。Pnnm-Ru N2在1.1 GPa能够稳定存在,并且与实验结果吻合。同时基于形成焓、弹性常数和声子谱的计算,发现我们首次预测的Ru N3和Ru N4的化合物具备热力学、力学稳定性和动力学稳定性。相对焓的计算结果表明P4/mmm-Ru N4在23 GPa转变为C2/c-Ru N4。电子结构计算表明,P4/mmm-Ru N4显示半金属性,C2/c-Ru N4显示半导体性,而P21/c-Ru N3表现出导体的电子特性。富N的Ru氮化物结构中存在强方向性共价N-N键和Ru-N键,是潜在的硬质材料。利用第一性原理计算,系统地研究了在0-50 GPa压力范围内Os-N体系的稳定相的结构和电子结构。结果表明,压力是使Os氮化物稳定化的一种有效途径,除了实验上已合成的Os N2,还发现四种热力学稳定的化学计量比,分别为Os3N8、Os N4、Os N6和Os N8,其弹性常数和声子谱的计算结果表明了其力学稳定性和动力学稳定性。Os氮化物中含有N2二聚体、N(N3)单元和N∞链等多种形式的聚合氮,其结构中存在强方向性N-N共价键。电子结构计算表明Immm-Os N6是半导体,C2-Os3N8、P4/mmm-Os N4、R-3c-Os N4、C2/m-Os N6、P21/c-Os N8和Pnnm-Os N8是导体。能量密度计算结果表明,Pnnm-Os N8的能量密度为7.91 k J/cm3,稍高于三硝基甲苯(TNT)的能量密度,且其稳定化所需的压力仅为41.8 GPa,是潜在的高能量密度材料。