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分子自组装对于人们认识和了解自然界特别是生命现象以及实现“自下而上”的纳米结构制备方法有重要意义。分子在固体表面的组装可以通过多种方式调节，包括设计基底和组装分子之间的作用以及组装分子之间的相互作用如VanderWaals力、氢键、金属配体相互作用、静电相互作用和疏水相互作用等。在所有的调节方式中，氢键因为具有良好的选择性和方向性并且和很多生命现象相关而引起人们更多的重视。本论文利用超高真空扫描隧道显微镜研究了1，3，5-三苯甲酸(TMA)在Au(111)-(22×√3)表面的层内和层间氢键主导的组装行为，主要内容如下：
(1)层内氢键主导的TMA组装。TMA分子之间可以通过二聚体或者三聚体方式相互以氢键连接。在文献报道的基础上，我们获得了一系列新的TMA组装结构，并且发现以前文献报道的“chickenwire”和“flower”组装结构只是这一系列组装结构的两个特例。所有的TMA组装结构都可以用一个统一的结构模型很好的解释：半单胞(短的对角线分割成的等边三角形)内TMA分子通过三聚体氢键连接，半单胞之间通过二聚体氢键连接。除了全部以三聚体氢键构成的密堆积结构，其余所有组装结构都含有孔径约1.1nm的网络孔洞结构，随着组装结构的变化，孔间距可以在1.6nm-8.2nm之间以0.93nm为步长的步进式调节。能量分析表明一个单层以下的TMA组装是以二聚体氢键数量的最大化为前提，形成相邻的两级组装结构为能量上最稳定的。
(2)TMA生长的动力学研究。室温下，TMA在金表面不仅可以形成规整的组装结构，也可以形成各种组装结构共存的有机玻璃体结构。原位加热实验表明升高温度可以促使表面组装结构发生转变，加热时TMA既可以从表面脱附导致组装向覆盖度小的结构转变，也可以在表面迁移使组装向高覆盖度的结构转变。所有转变都发生在不同组装结构交界处，表明“晶核”在结构转变过程中有着重要的作用。加热到395K后所有组装结构都转变为由纯二聚体氢键构成的HTMA-1结构，进一步证实了二聚体氢键在能量上比三聚体氢键稳定。生长TMA时，如果将基底加热到332K，可以控制TMA在表面得到规整的组装结构从而消除有机玻璃体结构。当TMA.覆盖度超过一个单层后，TMA会在第一层密堆积结构的基础上形成多层的HTMA-1结构并且按照完全重叠的π-π方式堆积。
(3)层间氢键主导的TMA组装。TMA分子之间不仅能在一个平面内形成层内氢键，而且可以跨越单层金属原子或者有机分子台阶形成层间氢键。层问氢键相互作用可以使组装跨过这些单层台阶而保持原有的组装结构和取向，这极大地提高了“自下而上”的自组装方法在构筑纳米结构时对不同基底的适应性。在密堆积的TMA组装结构上生长酞菁钴(CoPe)会得到第二层取向完全相同的HTMA-1岛结构，不仅证实了层间氢键可以跨越有机分子台阶，而且示范了一种通过层间氢键控制多层组装结构取向的方法。可以通过设计金属或者有机分子台阶，使得第一层的氢键组装体系出现“悬挂氢键”，进而通过层间氢键的方法实现对第二层组装取向的调控。