扫描探针显微镜（SPM）是一种有助于在亚分子水平上表征单个分子和分子组装体的技术。从概念上讲，探针的端部是一个原子，测量的是这个原子与分子-底物体系之间的相互作用。在两种最常用的SPM中，扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM），分别测量了探针和样品之间的电流或探针与样品之间的相互作用力。SPM技术的一个显著特征是获得的数据直接对应于实际空间测量，从而可以生成表面的“图像”。SPM技术的单分子表征有助于有助于混合物的结构表征（例如原油中的沥青质）。与结构表征应用并行，SPM技术的一个重要特点是能够研究表面反应的进程，并对不同阶段(即初始状态、最终状态，甚至中间状态)进行表征。这种方法提供了一种深入理解化学反应机理的途径，可深入到单键形成的水平。

有鉴于此，英国利兹大学的Adam Sweetman、英国诺丁汉大学的Neil R. Champness和Alex Saywell等人，综述了超高分辨率扫描探针显微镜在表征表面化学反应方面的研究进展。

本文要点

1）首先详细介绍了分子-底物系统SPM研究的基本前提，包括实验条件的概述，并对实验的技术方面进行了深入讨论。探针-分子相互作用的物理过程被用作讨论图像解释的基础，最后提供了SPM研究的表面反应的示例，特别是石墨烯结构（包括石墨烯纳米带）的形成和环化反应。

2）该综述证明了使用扫描探针显微镜的有效性，特别是ncAFM，是目前成像和表征表面化学反应的有力工具。ncAFM提供了具有分子内分辨率系统的出色图像，但重要的是，这些实验也为所研究的系统提供了详细的化学信息，可以区分单个原子和/或化学键。尽管其他技术可能提供类似的信息(例如单晶X射线衍射)，但ncAFM在单分子水平上提供的信息是无可比拟的。

3）扫描探针显微镜，特别是ncAFM，是一项了不起的进步，可以识别单个分子甚至反应过程。这些方法在对单分子过程的理解中发挥越来越重要的作用，并且可以预期ncAFM将成为整个化学科学中广泛使用的工具。

参考文献：

Adam Sweetman et al. On-surface chemical reactions characterised by ultra-high resolution scanning probe microscopy. Chem. Soc. Rev., 2020.

DOI: 10.1039/D0CS00166J

https://doi.org/10.1039/D0CS00166J