扫描隧道显微镜(STM)的高分辨成像、谱学表征及操纵能力使得它成为研究单分子的物理、化学和生物性质的强有力的工具。STM提供的是原位的实空间的测量和表征，因此也用来分析其他显微或谱学方法所无法分析的各种非周期性表面结构，比如台阶和缺陷。本论文的主要工作是利用STM在实空间的高分辨成像及操纵能力，对多肽分子的特异性位点识别组装以及非平面的极性分子在缺陷表面的吸附、扩散和聚集行为进行探索，取得一些有意义的结果。主要研究内容如下：　　 第一部分：采用STM为表征手段研究了环肽(缬氨霉素)分子的精细结构、多级组装中特异性的分子识别以及环肽分子与小分子(水和甲酸)的相互作用。我们用STM获得了单个缬氨霉素分子的精细结构，为进一步研究分子识别做铺垫。单个缬氨霉素分子吸附在Cu(111)表面时出现两种不同的吸附构型，它们在STM图像中均表现出与分子化学成分相符合的三次对称性。这两种不同构型的分子会进行自识别并组装形成具有特定结构的四倍体，这些四倍体进一步组装形成超分子网格结构。缬氨霉素分子间的特异性的位点识别使得多级组装得以准确地进行。作者认为缬氨霉素分子的空间构型的匹配以及非共价相互作用(主要是分子间的范德华力和氢键相互作用)是多级组装的主要驱动力，显示了分子间特异性识别的能力。此外，作者还在缬氨霉素与水及甲酸的相互作用方面进行了一些初步的探索。缬氨霉素与水和甲酸之间的氢键相互作用影响了缬氨霉素分子的自识别及组装方式，这从侧面说明了氢键作用可能在缬氨霉素分子的自识别和多级组装中是一个不可忽视的因素。这部分工作充分展示了STM在实空间探测复杂生物分子的结构、分子识别与组装等方面的潜力，拓展了STM在生物领域的应用。　　 第二部分：使用STM并结合密度泛函理论计算系统地研究了非平面的极性叔丁胺分子与Cu(111)表面平台、台阶及缺陷的相互作用。首先采用三种实验方法并结合理论计算确定了叔丁胺分子在平台处的优势吸附构型为顶位吸附构型。接着，利用STM的局域探测能力，以极性叔丁胺分子为模型体系，从分子水平上研究表面台阶对极性分子的吸附和扩散行为的影响。同时结合理论计算，从能量角度分析观察到的现象。极性分子与台阶之间的偶极-偶极相互作用使得叔丁胺分子倾向于吸附在台阶的上边缘，表现了台阶诱导的吸附的各向异性行为。作者统计了退火处理后的叔丁胺分子在台阶附近的分布情况并考察了台阶对叔丁胺分子扩散行为的影响。统计结果显示在台阶附近的上下平台处均存在一个约1 nm间距的无分子吸附“空白区”，而且台阶附近上平台的分子密度明显小于下平台。叔丁胺分子在台阶附近表现出的各向异性扩散以及不对称扩散的行为是由台阶处电子结构的不对称造成的。这部分工作验证了台阶处偶极的存在，为认识复杂的极性分子与台阶间的相互作用提供了参考。最后，作者研究了Cu(111)表面的结构缺陷作为模板诱导叔丁胺分子链的形成的机制。叔丁胺分子间偶极-偶极相互排斥使其无法自组装形成密排结构，而结构缺陷作为模板可以诱导叔丁胺分子沿着缺陷聚集组装形成分子链。这说明了分子与缺陷的强相互作用在分子链的形成中起着关键性的作用。另外，作者展示了通过改变缺陷的结构来调控分子链的尺寸和形状的可能性。结构缺陷作为模板构筑叔丁胺分子链的方法为在分子尺度上构筑其他分子体系的纳米结构提供了一个新的思路。