超薄平面结构赋予二维原子晶体诸多优异与新颖的物理、化学性质,在电子器件、催化等领域呈现出广阔的应用前景。这类超薄晶体材料在厚度方向上仅有少数原子,其性质呈现出高度的结构依赖性,因而这类材料的结构表征对其性能调控与实用化至关重要。然而,超薄的特性使得这类材料在表征过程中易发生结构损伤。目前常用于表征二维材料物理结构的显微、光谱及光学等手段具有各自的局限性,尚缺乏可无损表征这类材料的普适性方法。除物理结构外,二维晶体表面上的特殊位点,如催化活性位点的识别则对表征技术提出了更高的要求。目前仍缺少针对二维材料可动态实时、高空间分辨表征这类位点的技术。针对二维材料物理结构无损表征的困难以及催化活性位点识别手段的匮乏,本论文以二维晶体表面上发生的物理、化学现象与其结构之间的关联规律为基础,提出利用表面吸附现象及表面催化反应作为探针识别二维原子晶体结构的新思路,发展了二维原子晶体的晶格取向、晶界、堆垛转角及催化活性位点的化学识别新方法。本论文主要包括以下两部分:一、以二维晶体表面吸附及组装行为与其晶体结构关联为基础,发展了以超分子自组装体为探针无损识别二维原子晶体物理结构的新方法。系统研究了以油酸酰胺为代表的有机分子在二维原子晶体表面超分子自组装的形貌、取向、演变行为等并结合理论计算讨论了自组装机理,揭示了油酸酰胺组装体取向与二维原子晶体晶格取向之间的关联规律进而建立了二维晶体结构识别的新方法,综合多种研究手段证实了识别过程具有无损且普适的突出优势。二、搭建了基于全内反射荧光显微镜的二维原子晶体催化活性位点成像平台,实现了二维MoS2催化活性位点的高空间分辨的实时成像。针对二维晶体催化活性低且表面易污染等问题,通过筛选反应体系、调节溶液酸碱度与浓度、优化成像参数以及处理成像基底等手段提高图像信噪比,完成了成像系统的搭建与数据处理程序,揭示了二维MoS2相态与催化活性之间的关联,为二维催化剂的结构设计与性能优化提供了指导。