自组装在化学、生物、物理和材料科学领域的重要性日益增强，已成为多学科交叉的研究领域。由结构可控、功能特异的分子自组装形成的纳米结构，可以提供传统技术不能获得的材料和结构，而且会带来新的性质，并且可以直接用于纳米器件，实现分子器件的制造。高分辨的扫描隧道显微技术（STM）及超高真空扫描隧道显微技术（UHV-STM）为揭示固体表面有机分子的吸附组装规律提供了非常有力的研究手段。本研究方向的主要内容是利用STM及UHV-STM技术，揭示多种功能有机分子在固体表面的组装和调控规律。研究内容涉及物理化学的基础科学问题以及纳米结构构筑方法学。

　　代表性研究工作：

　　1、多级组装结构的调控构筑提出利用双组分  不同长度烷氧基链取代的苯三酸衍生物分子和三聚茚衍生物2,7,12-Trihexyloxytruxene（TrO23）分子之间的氢键相互作用、范德华相互作用来准确控制表面二维多孔网格结构的孔径尺寸和周期性，并通过将铜酞菁（CuPc）分子引入到该双组份二维多孔网格结构中，发现三种组份以三角形的构建单元为基础，沿着三角形的两个方向进行边对边的组装堆积，形成了不同级别的具有手性的花状结构。而且随着三种组份之间的浓度和比例的变化，花状结构呈现出由小变大的逐级变化，向相邻的三角形构建单元可以共边或者共顶点。该结果对多组份手性逐级组装结构的设计和构筑具有重要意义。

　　图1 三组分手性花状结构随组分比例的组装变化过程

　　2、手性纳米结构的构筑与调控  利用简单的手性共吸附分子间的氢键作用，实现了对表面组装过程的手性特征的控制，获得了具有整体左手性或整体右手性的表面二维多孔网格结构，首次发现了固/液界面基于非手性分子的手性非线性放大现象，从分子层次上揭示了非手性分子组装过程中手性的产生、传递和放大过程。

图2 手性分子与分子聚集体的选择性相互作用实现手性控制的示意图

图3 表面逆时针手性网格结构随溶液相中（S）-2-甲基辛醇过量程度的非线性放大曲线

　　3、外界条件对纳米结构的调控构筑   开展了利用基底电极电位等外界条件的改变来调控分子组装结构的研究方向，揭示了分子间成键的变化与结构形成的关系，在Au(111)表面实现了从芳香硝基化合物自组装组织到定向可控阵列的突破；揭示了磺化硫杂杯[4]芳烃分子以-SO₃-基团与基底作用，控制基底电位的条件下通过范德华力作用形成三种不同排列的三聚体，构筑了Kagome等三种不同的组装结构。

　　图4 TCAS在Au(111)电极表面形成的Kagome结构（左），变形的Kagome结构（中）和snub trihexagonal网格结构（右）的STM图像