金属表面上生长的超薄二维结构是表面催化研究中的理想模型体系。二维结构包括石墨烯及类石墨烯结构、超薄氧化物等,其在金属表面上可控制备和表界面化学研究对理解实际催化体系中的构效关系具有重要意义。本论文以金属担载的单层h-BN和单层/双层ZnO为研究体系,取得了以下研究成果:(1)制备单层h-BN/Ni(111)模型表面,研究了 CO在h-BN/Ni(111)表面上的吸脱附及解离行为。发现CO能够在近常压条件下插层到近满层的h-BN结构之下。相比于干净的Ni(111)表面,CO在h-BN/Ni(111)界面上的脱附温度较低,脱附温度区间较窄,显示出h-BN/Ni(111)界面对CO表面化学的限域效应;原位研究发现CO分子能够在0.1 mbarCO和300℃条件下在h-BN/Ni(111)界面上解离反应生成碳化镍及石墨碳物种。(2)在Pt(111)表面生长具有不同缺陷程度的h-BN单层结构,首次利用NAP-STM在原子尺度上动态研究近常压CO气氛中CO在h-BN结构下的原位插层过程。发现缺陷h-BN表面上CO插层发生在2 × 10-8 mbar CO;而规整h-BN表面上的CO插层需要0.1 mbar CO才能够发生。单层h-BN对于其下CO分子的STM成像具有透明作用,使得可以直接观察到限域CO分子在Pt(111)表面上的吸附构型。对比研究相同条件下CO在Pt(111)表面和h-BN/Pt(111)界面上的吸附构型,发现h-BN限域富集CO吸附效应。(3)研究了 Au(111)表面上原子氧物种的形成和金属Zn的氧化过程,发现不同氧化剂的氧化能力强弱顺序为O3>NO2>O2。采用分子束外延的方法,以NO2为氧化剂,在Au(111)表面上生长得到不同覆盖度的双层ZnO超薄结构;利用O3作氧化剂在Au(111)表面上生长出不同覆盖度的单层ZnO超薄结构。考察了不同氧化锌结构对水分子的活化和加氢行为,发现超薄ZnO结构能够在室温和近常压条件下活化水分子形成羟基化的氧化锌,且表面羟基的覆盖度为67%。单层和双层ZnO均能够与原子氢作用形成ZnOH结构,单层ZnO上原子氢饱和吸附后形成67%的表面羟基,而双层ZnO上表面羟基的覆盖度只有50%。此外,O3可以导致氧化锌与衬底Au(111)所形成的界面发生界面氧“插层”,近常压CO能够与该氧物种发生界面化学反应。