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本论文利用STM和电化学方法研究了有机分子在Cu(hkl)和HOPG表面的吸附行为。影响有机分子单层膜精细结构的主要因素包括电极电势的变化，分子化学结构以及分子浓度的变化等。
(1)Cu(111)表面的研究
金属或者半导体的表面对于研究分子的吸附行为非常重要。在这一部分工作中，研究了电势的变化、电流的变化以及Cl-离子浓度对于Cu(111)的表面结构以及电化学循环伏安的影响。实验结果证明，在纯净HClO4电解质中，Cu(111)-(1×1)的原子图像在整个循环伏安的电势范围内均能够观察到。XPS实验的结果表明痕量的Cl-能够存在于Cu(111)表面并且对分子吸附实验有干扰。
(2)磷酸根阴离子层的电势依赖性
特殊阴离子的吸附已经引起了广泛的关注。原位的STM观察了磷酸根离子在Cu(100)和Cu(111)单晶表面的吸附。在0.03 M H3PO4(pH=2.4)溶液中，H2PO4-是主要组分。随着电势的改变，发现了几种不同的层状结构。在较高的电势下，部分H2PO4-阴离子经历了电势导致的脱质子化，溶液中的组分可能变成H2PO4-和HPO42-离子的混合物。
(3)电势依赖性的相转变
利用循环伏安、电化学扫描隧道显微镜以及表面增强红外光谱(SEIRAS)等方法，研究了4，4’-联吡啶(BiPy)分子在Cu(111)表面的吸附。循环伏安曲线显示Cu(111)在0.1 M HClO4+1 mM BiPy溶液中，其双电层区间从-0.30 V延伸到0.26 V。Cu(111)的表面一直保持(1×1)结构，加入BiPy分子后能够观察到分子形貌。实验中，BiPy分子发生了质子化，BiPyH2+2，吸附在Cu(111)表面形成了有序的分子层。随着电势的变化，BiPy分子在较正和较负的电势下分别采取平躺和侧立的吸附方式。在平躺吸附的构型中，分子采取(3×4)结构，在较负的电势时，通过π-π尢堆积作用形成的二聚体作为结构单元形成了有序组装。通过SEIRAS实验的证实，在较负的电势下，吸附在表面的为单电子自由基BiPyH2·+，相转变是由于分子的可逆还原反应引起的。实验结果提供了在水溶液中发生在Cu(111)表面上分子吸附和相转变的直接证明。
(4)β-碳酰基衍生物的有序自组装
在大气环境下，用STM观察了四个β-碳酰基衍生物在HOPG表面的组装。所研究分子的化学结构包括一个π-共轭的部分和烷基链部分。从高分辨的STM图像上可以看到SAMs呈现条垄状结构。分子结构的差异导致了自组装单层膜结构的不同。一些非共价键的相互作用例如氢键，偶极作用在自组装膜的形成过程中发挥着重要作用。