扫描隧道显微镜(STM)作为一种极为重要的科学研究工具，在物理、化学、材料、生物等科学领域中有非常广泛的应用，在本论文中，我们利用低温超高真空STM和变温超高真空STM研究了单晶TiO2(110)表面性质和分子吸附，同时也利用针尖对表面氧空位进行调控。 在第一章中，我们首先介绍了扫描隧道显微学的基本原理和论文实验部分所使用的低温超高真空STM的结构与工作原理，并以表面科学体系为例讨论了扫描隧道显微学对表面体系的各种分析方法和研究手段．同时我们也简单介绍了理论计算所用到的密度泛函理论． 在第二章中，我们介绍了TiO2这种材料的催化特性和广泛应用．并且仔细分析了金红石型TiO2(110)表面结构和性质，以及在不同处理条件下获得的不同结构的(110)表面．为后续实验提供重要参考． 在第三章中，仔细研究了TiO2(110)表面与水分子的相互作用，清楚地了解到作为水分子在氧空位处的直接反应产物桥氧羟基在TiO2表面的性质和意义，分析了水分子在表面的分解过程，以及羟基在表面形貌反转特性，为羟基和氧空位在表面的辨别提供了一种重要方法． 在第四章中，我们利用STM针尖的诱导，制备了TiO2(110)表面一种新型的缺陷结构-氧空位对，氧空位对不仅对表面氧空位的扩散迁移起到媒介作用，还具有高于单氧空位的化学反应活性，同时氧空位对迁移过程中的中间态有助于我们了解表面原子，分子扩散和反应的机制，对理解TiO2(110)表面的催化反应具有重要意义。 第五章中，我们简单介绍了一些气态简单小分子-O2，CO在TiO2(110)表面的吸附构型，比较了缺陷表面和无缺陷表面O2分子不同的吸附情况，同时也首次观察到室温下CO在TiO2(110)表面的吸附。