表面分子自组装和表面化学反应采用“自下而上”的方式在固体表面实现了一系列新颖的有序的纳米结构的构筑。这些纳米结构可以通过有机分子的结构设计,添加不同的官能团从而获得不同的反应路径以及产物。在本论文中所采用的是多官能团的有机分子,一般是含氮含氧的有机物,利用超高真空扫描隧道显微镜（STM）的超高分辨率成像方法,结合密度泛函理论（DFT）,系统研究了这类有机分子在表面的组装行为,分为以下两个部分:1)一些含氧、含氮有机化合物物在Au（111）表面形成自组装结构以及不同退火温度对组装结构变化的影响;2)在Au（111）表面引入铁原子后对有机分子自组装结构的影响。研究结果表明,金属铁原子的引入,使得有机分子的N、O原子等和Fe形成金属有机配位键从而诱导组装行为,形成一系列热稳定性较好的金属团簇或二维组装结构,并实现相对惰性金属表面进一步的化学反应。由此可知,在表面添加非本真金属原子可以实现更为丰富且稳定的结构。通过以上的研究,这为进一步理解有机化合物在固体金属表面的自组装和金属有机配位提供了新的途径。本论文主要围绕以下三部分工作进行展开论述:（1）在Au（111）表面上研究了 2,3,6,7,10,11-六羟基三苯基有机分子（HHTP）,结合STM的观察和以前的报道,发现HHTP分子之间通过氢键自组装成头对头和头对尾的结构。连续退火研究发现,氢键自组装结构基本不发生改变直到分子碳化。然后将铁原子引入组装结构中,发现金属铁原子与有机分子形成金属有机团簇。但由于配位化合物为刚性配位,没有形成有序的二维结构。结合DFT计算,发现两个有机分子之间只有一个铁原子,从而形成了金属-有机键（O-Fe键）相连的金属有机团簇。这一结果为后续有机分子的选择提供了指导,为进一步获得有序的金属有机结构和化学反应提供了帮助。（2）根据上一章的研究,在本章中选取了带有一个羧基和一个氨基的4-氨基联苯4’-羧酸分子（ABPCA）。我们成功地在Au（111）上构建了两种手性的Kagome晶格。其中α相由N-H…O和O-H…O相互作用形成,热稳定性较差。Fe原子的引入增强了结构的稳定性,同时保持了（3,6,3,6）手性Kagome晶格,形成了以N-H…O和O-Fe相互作用的β相。在基底的[011]方向上,α相和β相分别偏离±（25±1）°和±（34+1）°。结合扫描隧道显微观察和密度泛函理论计算,阐明了相变的机理。我们为构建稳健的2D镶嵌结构提供了有效的途径。（3）基于上述研究,本章对含有羰基和含氮五元杂环的邻苯四甲酸二亚胺（PMDI）进行了研究。STM观测结果表明,一开始PMDI通过氢键（N-H…O）自组装在Au（111）上形成麦穗状的α相。随着退火温度的升高,有机分子在450 K时从Au（111）表面完全脱附。因此,在Au（111）表面引入了金属铁原子,随着温度的升高,铁和有机分子形成了一系列金属-有机结构畴（β相）。针对这一金属有机结构进行研究,发现铁原子的引入使得N-H键被活化。因此,氧原子、氮原子和铁原子共同构筑了这一金属有机结构,在本章中利用相对惰性金属表面的非本真金属原子实现了表面化学反应。这为后续的表面化学反应提供了新的思路。