表面分子自组装是指单体分子在表面上通过非共价相互作用自发形成有序结构的过程。它作为一种自下而上制备低维功能纳米材料的重要方法,由于其精确性和多功能性,被广泛应用于纳米科学技术的各个领域。到目前为止,科学家们已经付出巨大的努力致力于在表面上构建各种各样的分子自组装结构,从起初的自组装单层膜和二维多孔网格结构发展到后面更为复杂的二维准晶与谢尔宾斯基三角形。现如今分子自组装已经成为表面构建纳米结构非常适合的途径。此外,表面反应作为另外一种自下而上构筑纳米结构的制备方法,因其获得的纳米结构具有较高的热稳定性和化学稳定性以及可以合成出溶液化学中难以合成的化合物而受到科学家们的青睐。近些年来,通过表面反应构筑的表面纳米结构琳琅满目,例如共价有机框架（COF）,石墨烯纳米带（GNRs）以及其他一些功能性纳米结构。总体来讲,凭借以上两种方法确实可以在表面构筑多种多样的纳米结构。然而,精确调控表面纳米结构的形成依然是纳米科学技术领域中所要面临的挑战。现如今,为了获得特定结构和功能的纳米结构,常用的策略主要包括合理设计目标分子,精确控制分子覆盖度、温度,适当选择衬底。基于此,本论文借助以上两种研究方法,选取羟基作为特定官能团,系统研究围绕不同碳骨架而设计的多种目标分子在金属表面的组装与反应行为,利用超高真空扫描隧道显微镜（UHV-STM）以及结合密度泛函理论计算（DFT）,而开展了以下三部分工作:1、我们选取了两种以联苯作为分子骨架但长度不同的4,4’-联苯二酚（DHBP）和[1,1’:4’,1"-三联苯]-4,4"-二醇（DHTP）作为目标分子,主要研究DHTP分子在Ag（100）和Ag（111）表面的组装与反应行为,同时对比了以往报道中给出的DHBP分子在表面上形成的一系列组装结构。结果表明,DHTP分子在Ag（100）和Ag（111）表面通过不同温度的退火处理产生了一系列的结构转变,这一切变化主要归结于分子中羟基去质子化。通过对比两种分子在Ag表面的组装结构,可以发现二者有明显差异,主要表现在短链DHBP分子容易提取表面增原子形成配位结构,而长链DHTP分子却不能。根据实验上的推测和理论计算的验证,我们证实了两种目标分子在表面出现不同结构是由于分子在表面上的吸附应力差异所导致。此外,这部分工作进一步让我们认识到围绕一些刚性较强的分子骨架而设计的目标分子吸附到表面后受到表面的应力会更强。2、我们选取稠环芳烃作为分子的主体结构,围绕两种不同的分子骨架（蒽,芘）而设计的目标分子2,6-二羟基蒽（DHA）和3a1,5a1-二氢芘-2,7-二醇（DHPD）来研究它们在金属表面的结构相变。研究表明,两种目标分子在不同金属表面上呈现不同的组装图案。通过改变退火温度,分子覆盖度的方式成功实现了组装相的结构转变。3、羟基引入到联苯分子上,由于羟基邻位碳氢键具有相同的对称性且化学环境相同,导致难以实现选择性碳氢键活化。因此,探究非对称邻位碳氢键活化的反应选择性就很有必要。在这里,我们以并苯作为碳骨架设计了 2,6-萘二酚作为目标分子,主要研究它在Ag（100）表面上的组装与反应行为。研究表明,目标分子DON在Ag（100）表面经过不同温度的退火形成了不同的组装结构,这一切转变归结为分子中羟基去质子化的结果。在后续的反应过程中,我们观察到三种不同的二聚体产物,但反应产物的选择性不高。结合相应的反应路径分析,我们发现目标分子中羟基邻位的两个碳氢键活化具有一定的反应选择性。从实验结果来看,α位C-H键要比β位更容易被活化。