气体水合物是一种固态晶体,其由气体客体分子与笼状结构的水分子组成,主要形成于高压低温的环境条件下。气体水合物不仅仅是一种储量巨大的潜在能源,其在深海钻采以及管道运输中也会造成管线的堵塞,从而威胁油气工业的生产安全。因此人们迫切地需要探明水合物成核机理以便更为深入地研究水合物抑制剂的微观作用,从而更高效地防治水合物的形成。动力学抑制剂作为一种高效、低剂量的添加剂,它的前景极具潜力,而对它作用机理的研究仍然处于室内实验阶段,认知仍十分匮乏。本文通过分子动力学模拟（MD）的方法,从水合物自然成核和动力学抑制剂在水合物生长界面作用过程两个方面揭示水合物动力学抑制剂的抑制机理。在以往的水合物成核研究中,水合物成核在空间上被认为是一种无序的随机过程,没有固定的水分子结构演化路径。在时间尺度下,水合物成核过程同样存在着随机性,并且当环境条件越温和,其成核的概率性越高。因此过去的研究并没有一种合适的理论来解释,更无法定量描述这些现象。因此,对水合物成核机理认知的不充分,严重影响了人们对高效抑制剂的设计和研制。对动力学抑制剂作用机理的研究（水合物界面处的吸附、抑制位点等）,在前人的研究中存在着很大的争议,未能对动力学抑制剂的作用机理形成统一认识。因此针对上述存在的问题,通过对大量数据的计算和统计,发现在水合物演化过程中存在一条稳定的水分子结构的演化路径,并且证明了该演化路径是通过客体分子相互碰撞推动的,革新了以往的水作用主导的假说。根据新的发现,推导出了水合物成核诱导时间的理论公式,其结果与模拟情况相吻合。这为合理地控制水合物成核提供了全新的思路和理论方案:（1）控制水分子结构的演化过程;（2）控制客体分子在溶液中的碰撞强度。动力学抑制剂通过束缚一定尺寸的溶解客体分子簇团,从而阻碍其进一步向水中溶解（降低了溶液中可自由碰撞的客体分子数目）,从而揭示了动力学抑制剂能够延长水合物成核诱导时间的原因。并且通过本文研究证明,在水合物的生长过程中,动力学抑制剂（PVP、PVCap等）中的亲水基团是阻碍水合物生长的抑制基团,吸附基团是疏水的碳杂环,而非过去认为的亲水基团。