随着近几十年来纳米科学与技术的迅速发展,利用有机分子的“自下而上”的自组装以及表面辅助的表面反应被成为精准制备低维纳米结构与材料的一种重要方法。作为自组装结构或共价结构的基本构筑单元,有机分子的合理选择对于特定理想的的纳米结构的设计及制备起着重要作用。本文中,我们选择共轭类分子,并通过在共轭类分子中引入其他官能团(比如卤素原子,氧原子)等来研究不同官能团对于表面纳米结构的影响。该研究可以为分子器件、光伏太阳能电池以及纳米传感器等的设计及其潜在应用等提供一定的理论指导意义。为了对形成的纳米结构进行高分辨表征,本论文主要借助于高分辨扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscopy,STM)作为主要研究手段,同时以密度泛函理论计算和X射线光电子能谱作为辅助来研究表面一系列自组装以及反应过程。第一章介绍了表面自组装及表面反应的概念,并综述了包含不同官能团的有机分子的自组装以及表面辅助的化学反应等,本论文主要研究内容以及我们拟解决的问题。第二章介绍了扫描隧道显微镜的基本原理,工作原理以及工作模式等,以及本论文中所使用的低温超高真空扫描隧道显微镜(JT-STM)。第三章中,我们研究了两种含有卤素杂原子(溴原子)的有机分子(2,7-二溴-4,5,9,10-芘(DBP分子)和2,7-二溴芴(DBF分子))在Au(111)表面的自组装及其反应。两种分子均通过C-H?Br氢键或者C-Br?Br卤键形成自组装结构;进一步的加热过程诱导了脱卤偶合反应,分别实现了聚芘和聚芴链的形成。为了进一步研究其他官能团(C=O和C-OH)对于自组装结构以及脱卤偶合反应的影响,在第四章中,我们选择了另外两个有机分子((R)-(-)-6,6’-二溴-1,1’-二-2-萘酚分子(DN分子)和2,7-二溴-4,5,9,10-芘四酮(DBPT分子))并研究其在金属表面的自组装以及反应过程。这里的自组装结构的形成除了第三章提到的分子间作用力外,分子间还可以存在C-H?O氢键和C-Br?O卤键,因此杂原子的引入会导致更复杂的分子间相互作用力和完全不同的自组装结构。对于DBPT分子而言,虽然C=O基团的引入未影响脱卤偶合以及聚芘的形成,但是导致了Au配位聚芘链的形成,实现了二维的金属有机共价结构的制备。而对于DN分子而言,在Au(111)表面C-OH基团的存在同样不影响脱溴偶合,然而我们发现,在Ag(111)上OH的存在阻碍了脱溴后碳-碳偶合以及聚合物链的形成。因此,通过改变衬底,我们也可以实现对化学反应的精准调控,从而实现我们理想的精准纳米结构的制备。除了利用STM对有机分子在金属表面的自组装及表面反应行为进行探究,我们还对金属合金在表面的组装结构进行了一些探索研究。第五章中,我们利用STM研究了不同温度下FeSc合金薄膜在Au(111)表面的吸附以及组装过程,并进一步对其动力学和热力学转变过程进行了原位表征。