在分子水平上对界面物理和化学过程的研究,有助于人们加深对物质表界面性质的理解,其重要性不言而喻。然而时至今日,在分子尺度上对界面分子结构及其排列方式的精确探测,仍很有挑战性。和频振动光谱(SFG)以其独特的界面选择性和分子基团取向的敏感性,迅速成为研究界面分子结构及动力学的强有力的实验手段之一。表面增强拉曼光谱(SERS)作为一种超高灵敏度的光学表征手段,在金属界面研究领域中有其独到的优势。本文利用两种重要的界面光谱技术,不仅对多个方面的界面问题作了很好的研究,而且结合两者的优势,在更复杂的体系内探索界面物理和化学过程,加深我们对这些复杂界面现象的本质问题的理解。我们结合SFG和SERS分别对平面金体系和金纳米粒子体系中配体交换的原理进行探索,发现与基底曲率效应相配合的空间位阻效应在配体交换过程中起了相当重要的作用。我们认为由于双硫化合物具有较大空间体积,平面金表面紧密排布的长链烷烃配体对其形成天然的屏障,阻碍了配体交换的速率。而随着基底曲率的增加,双硫化合物有可能随着配体分子链密度的降低和运动性增强而扩散进入配体分子间,增大了直接接触金基底的几率。同时基底缺陷区域和配体分子中的gauche构象也随着曲率的增大而增加,促进了双硫化合物在纳米粒子体系中的配体交换反应。此外,两种光谱的结果共同证明,当位阻效应不再成为主导作用时,配体苯环对位取代基的电子效应影响了配体交换过程。取代基推电子能力越强的配体,其配体亲核能力越强,配体交换能力越强,在金基底的吸附强度也大大增加。从方法学上,将两种独特的界面光谱技术相结合,使之成为一种更系统的金属界面检测方法,可以在不同的界面体系中探索界面物理和化学过程的本质。尽管结合SFG和SERS,可以对多种金属界面进行检测。但仍有部分体系难以表征,如平面金属表面无序排列的分子或者具有对称性的分子。在这样一个体系中,我们通过银镜反应,在平面金表面的自组装单分子层上制备出合适的银颗粒,可以作为SERS活性点。这种“平面金基底—配体分子—银颗粒覆盖层”的.夹心结构,可以获得强烈的SERS信号。并且利用这种夹心结构获得的SERS光谱,比以往的硝酸刻蚀法获得的SERS具有更强的增强因子和更清晰的谱峰细节,具有一定的普适性。同时某些特殊配体制备出的夹心结构,可以观测到电荷转移增强效应。利用这种夹心构型,结合和频光谱和表面增强拉曼光谱,可以获得更为精确的界面分子的结构与取向信息,具有重要意义。在平面金属和聚合物的界面体系中,我们改进了早期工作中的直接旋涂聚合物到金属基底的样品构型,利用二氧化硅/聚合物/金属的夹心构型,首次获得了直接来自于聚丙烯酸甲酯(PMA)在银界面的光谱。同时取向分析表明,PMA的酯甲基的绝对取向远离银界面,朝向PMA本体。该方法在聚甲基丙烯酸丁酯(PBMA)的夹心体系中也得到成功应用,且PBMA的酯甲基同样远离银界面,朝向PBMA本体。本方法具有一定的普适性。在应用材料领域,SFG也有很好的表现。我们通过SFG光谱,研究了苯酚树脂材料吸水前后表面结构的变化。在树脂吸水前后,其表面光谱发生了明显的变化。通过对苯酚苯环的取向分析,我们推断在树脂吸水前,苯酚羟基之间形成氢键,苯酚苯环倾向于“平躺”在表面；吸水后,苯酚羟基与吸附水分子形成氢键,苯环倾向于“站立”在表面。且这一结构转变是可逆过程。另一方面,通过模型环氧树脂混合物在二氧化硅基底的界面光谱和拉力测试,我们发现,十八烷基三甲氧基硅烷(OTMS)添加剂易向二氧化硅基底与环氧树脂的界面处聚集,并形成有序结构,且这一疏水有序结构可能降低了环氧树脂在二氧化硅界面的粘附性能。这一结论在添加了γ-氨丙基三甲氧基硅烷(ATMS)的体系中进一步得到验证。SFG对生物领域中的人工磷脂双层膜体系的检测有独到的优势。传统的支撑人工磷脂双层膜体系往往以无机固体(如CaF2)为基底,并不能完全真实地模拟细胞膜环境。为了尽可能地避免基底对人工磷脂双层膜的影响,我们在无机固体基底上添加了一层更为含水亲水的羟基改性PLLA的聚合物软垫。通过光谱分析和取向计算,我们发现PLLA软垫的引入,并不会影响到磷脂双层膜的结构取向和稳定性,也不会影响多肽与磷脂双层膜的相互作用。新的磷脂膜体系完全胜任早期CaF2支撑的磷脂双层膜所作的工作。也使得我们的工作向着更为科学地模拟真实细胞膜环境迈近了一步。