现在高速发展的世界,新能源的寻找任务十分紧迫,聚变热核反应作为一种可以产生高额能量产出的物理反应,是一种不产生核废料的清洁反应,成为一种理想的能量来源。氢及其同位素是聚变反应中的关键物质。与常规化石能源不同,氢作为一种二次能源,需要通过能量的转化从其他能源中制取。作为一种能源,氢具有很多优秀的特点。而在聚变热核反应中,碳材料是一种常见的面向等离子体材料（Plasma Facing Materials,PFM）,经常与氢离子（质子）直接接触,其优势在于其活性低、热导率高、相对低Z元素它的成本低、相对高Z元素对等离子体的运行影响小。碳在自然界有两种重要的晶态方式:sp~3杂化与sp~2杂化,组成金刚石的化学键是以sp~3键的微观电子云存在;石墨的化学键是以sp~2键的微观形态结合。可以看到氢与不同碳基材料的相互作用具有特别的理论研究价值。基于探究氢与碳基材料的相互作用目的,本文工作包含两个主要部分:第一部分为金刚石的气相生长技术和氢离子注入实验,第二部分为基于第一性原理软件Materials Studio 2019的对微观建模的石墨与金刚石材料进行氢滞留模拟。在第一部分中,通过热丝化学气相沉积在石墨样本表面制备了金刚石薄膜,并且一系列表征办法对金刚石薄膜品质进行了表征分析。在薄膜样品中出现了天然金刚石的本征峰,并且存在少量非金刚石组分,说明实验成功在200×200×10 mm的石墨表面实现了金刚石化。之后,将下列两种样本:石墨样本、热丝化学气相沉积法制备了人造金刚石薄膜的样本,表面经200e V氢离子辐照10小时分别进行了氢离子注入实验,再通过表征手段分析获得的实验结果,得到结论:氢离子刻蚀后,石墨中的缺陷明显增加;在氢离子注入实验中,金刚石中的小颗粒和石墨成分将优先被刻蚀,而FTIR光谱中的C-H峰对比石墨明显减弱,对比石墨样本,说明抗氢蚀能力的提高,制备了金刚石薄膜的石墨表面氢滞留降低;在石墨表面沉积的人造金刚石薄膜在氢离子注入下可以有效地保持结构稳定,说明在石墨表面沉积的人造金刚石薄膜能够提高材料抗氢离子刻蚀性能。在第二部分中,使用Materials Studio 2019软件进行仿真模拟,核心内容是构建了体内氢滞留条件下的石墨（110）、体内氢滞留条件下的石墨（002）、体内氢滞留条件下的金刚石（111）和体内氢滞留条件下的金刚石（110）四种超胞（supercell）模型并切割出表面,并对各个结构进行了中精度的Geometry Optimization操作,后续计算并导出了差分电荷密度场、布居分布等数据。根据导出的模拟数据,分析氢对石墨/金刚石两种材料的微观影响。我们得到:氢通过改变了石墨的局部结构,并以与某些碳原子形成电子交流的方式滞留在石墨材料中;相比于石墨（110）结构,石墨（002）结构的氢滞留对本身的石墨层状结构影响更小;sp~2杂化层状结构下可以滞留氢原子,但对于金刚石而言氢的滞留需要额外付出很大代价,如结构代价和能量代价,即想要在金刚石材料的前提下滞留一个氢需要的能量比在石墨中大得多;对氢原子不施加阻力的情况下,氢可由金刚石体内“运动”到了表面才令整体能量降为最低。结合第二章中两个实验获得的结论和第三章中软件模拟得到的结果,可以给氢离子注入实验的结论提供微观的理论支持,做出进一步阐释,证实了氢与两类碳基材料微观的相互作用,为新型PFM的开发提供了可靠思路。