立体分子间的手性认知在化学、生物化学等众多领域中起着至关重要的作用。而立体分子相互作用的复杂性要求我们必须研究可控的模型,从而在分子水平上理解手性认知。由于具有独特的含芳香性的螺旋结构及在光电器件等领域中的应用前景,螺烯成为当下研究的热门。本篇论文借助于原子级分辨率的扫描探针显微镜对螺烯体系进行研究:1.论文的第一篇工作对手性纯和外消旋的六螺烯在Au(111)衬底上的自组装进行探究。研究发现在中等覆盖率以下,外消旋的六螺烯会采用非对称的三聚体这一全新的螺烯组装单元。通过将三聚体拆分和对拆分后的螺烯逐个表征,发现这些三聚体都是异手性的三聚体:由两个同手性的六螺烯和一个异手性的对映体组成。相应的理论计算也证明了该组装单元存在的合理性。当覆盖率升高到满层时,外消旋六螺烯的组装单元经历了由异手性三聚体向同手性三聚体的转变,最终实现了手性自拆分。这与前人报道的五螺烯和七螺烯有很大差别,同时也揭示了纯碳螺烯自身的结构对于因π-π相互作用而产生的手性认知会有非常大的影响。2.第二篇工作研究了氮杂S形螺烯在Au(111)表面的手性认知机理,并探讨了氮杂螺烯在表面构筑立体网状结构的可能性。通过单氮杂S形七螺烯和对照分子的试验,可以得出结论:氮杂S形七螺烯上的氮原子能形成氢键,并且能够形成两种组装机制的三聚体。之后设计的双氮杂S形七螺烯,在适当覆盖率下形成的手性自拆分的网状结构,再次验证了氢键存在的结论。应用nc-AFM对组装单元的结构进行表征,探究到氮杂S形七螺烯手性认知的根源--氢键的具体形成位置。相比于单氮杂螺烯的两种组装机制,双氮杂螺烯仅有的一种组装机制凸显了空间位阻对于形成周期性结构的重要性。此外,改变衬底实现对网状结构孔洞尺寸的调控,为我们实现网状结构孔洞尺寸调控提供一种新思路。我们采用不同的螺烯,实现了不同形式的自组装。结合扫描探针显微镜的测量,得以洞悉各自的手性认知机理。这为我们从原子层面理解立体分子的手性认知提供了宝贵探索。