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利用表面共价偶合反应“自下而上”制备的共价有机纳米结构具有较高的热稳定性及较好的电子传输能力,在分子电子学、分子纳米传感器件等领域具有极大的应用前景。这些有机纳米结构可以通过激活具有预先设计好的分子间或分子内反应活性位点来实现分子间(内)的共价连接而得到。在实现共价连接的反应过程中,探究表面偶合反应的机制以及影响反应的各种因素从而实现对反应路径精细的控制,对分子纳米结构的可控合成具有重要意义。但是由于共价键的不可逆性及较差的选择性,精准调控表面反应并得到特定的原子级精确的纳米结构这一课题仍然是一个巨大挑战。本文以超高真空扫描隧道显微镜(UHV-STM)为主要表征手段,通过引入金属有机配位模板,使用带有配位官能团的溴代有机前驱体分子,有效地实现了对表面共价偶合反应的调控,并合成了一类环状大分子纳米结构。主要的研究内容包括以下三点:(1)我们利用 2,9-dibromo-1,10-Phenanthroline(DBP)分子在 Cu(111)表面上制备了高产率的共价环状结构。通过更换有机配体以及配位金属原子,证实了大环结构高产率是由于DBP分子与表面上的Cu增原子形成了 Cu-N金属有机配位模板。此模板效应增强了环化反应,抑制了菲罗啉类前驱体分子的链聚合反应,从而得到了高产率的大环结构。(2)在Cu(111)表面,我们通过引入Fe-N金属有机配位模板改变了6,6’-dibromo-2,2’-bipyridine(DBB)分子(结构可变)的反应路径,合成了共价的环六吡啶分子(SPy)。通过逐步提高退火温度探究了 DBB分子在Fe原子存在时在各个退火温度下的反应状态,确定了蝴蝶状结构为形成SPy所必需的中间体结构,最终提出了 SPy的形成机制。同时我们将Fe-N配位模板引入到2,9-dibromo-1,10-Phenanthroline(DBP)(结构不可变)分子的反应中,探究了在不同退火下DBP分子的反应情况。最后我们对比了 Fe-N配位模板存在时DBB与DBP分子反应的实验结果得出:Fe-N配位模板效应对于结构灵活的DBB分子的环化反应起到增强作用,但是却抑制了结构不变的DBP分子的环化。(3)在Au(111)表面上,我们通过引入Fe-N金属有机配位模板,实现了6,6’-dibromo-2,2’-bipyridine(DBB)分子与 1,4-bis(6,6”-dibromo-[2,2’:6’,2"-terpyridin]-4’-yl)benzene(p-DBTB)分子之间的选择性C-C偶合反应,成功地制备了共价五边形纳米结构。