表面分子自组装是分子吸附在表面自发形成有序聚集体的过程,其组装结构受分子间和分子与基底间共同作用力影响。分子自组装同时受到外部因素的影响,比如温度,基底,浓度,光照等等。其中基底对分子自组装影响也已有大量的研究,包括不同表面、同一金属不同晶向以及表面重构对自组装结构的影响。尽管如此,但人们对分子在表面上组装方式的调控方法仍然比较有限。正构烷烃是最早被用来研究表面组装行为的有机分子,也可作为常见的金属或有机物生长模板。本论文选择烷烃作为目标分子来研究分子在表面上的排列如何被基底表面调控。另外,近年来表面在位化学的兴起成为表面科学领域的重要研究方法。烷烃中C(sp3)-H键和C(sp3)-C(sp3)具有高键能、低极性等特征使其反应性差,烷烃分子不同位置C(sp3)-H键能量相近也使反应的选择性难以控制。在研究烷烃表面组装的基础上,我们选择合适衬底对烷烃在表面的选择性活化作进一步的研究,对实现烷烃向高价值化学品的转化及烷烃的高效利用具有潜在实用的意义。本论文的基本内容是借助超高真空低温扫描隧道显微镜作为主要表征手段,进行如下研究:(1)利用聚合物修饰的台阶边缘调控分子组装方向控制自组装单层膜中组分在表面上的取向是构建高质量有机器件的有效手段。在此,我们利用线性聚合物修饰的阶梯边缘作为一个简单而独特的模板来调节后续烷烃分子的自组装(n-C32H66)。使用这种策略,所有的烷烃分子都沿着台阶边缘([011]方向)定向。结合系统的DFT计算,我们证明了分子间的范德华相互作用导致:(1)最初吸附的烷烃单体平行于聚合物;(2)相邻的烷烃分子呈平行排列。由于聚合物固定在表面上的方向是唯一的[011],导致组成自组装岛中的所有分子也都是沿着[011]方向排列。(2)烷烃分子在Cu2O(111)表面的组装研究烷烃分子在不同的Cu2O(111)结构表面的排列方式,为烷烃在金属氧化物表面的组装提供了新思路。通过控制Cu(111)基底温度,氧气分压以及通氧气时间实现Cu(111)表面“29”Cu2O(111),“44”Cu2O(111)等有序结构的形成。沉积n-C32H66分子在不同的Cu2O(111)结构表面,通过低温扫描隧道显微镜观察到不同的吸附构型。烷烃分子在不同的Cu2O(111)结构表面的分子与基底和分子间作用力相互平衡的差异,导致不同的分子组装结构。(3)烷烃分子诱导Cu2O(111)表面结构的变化在较温和的条件下,Cu2O(111)结构表面可以催化烷烃发生氧化脱氢反应,使得Cu2O(111)结构发生转化。通过对样品进行热激发的方式,研究Cu2O(111)结构表面催化短链烷烃(i-C4H10)和长链烷烃分子(n-C32H66)发生氧化脱氢反应,导致Cu2O(111)结构发生不同程度的变化,特别是诱导一种新型三角结构的产生。我们的研究有望为烷烃在Cu2O(111)结构表面的反应提供新思路。