答案：D

题目分析：A项中的¹H₂、²H₂ 均为单质，不是同位素关系，A错误；B项中O^2-、O₂^2- 均为离子，不是单质，B错误；C中HCOOCH₃、CH₃OCHO 均是甲酸甲酯，只是写法有些不同，所以不是同分异构体；D项HCOOH、C₁₅H₃₁COOH均是一元羧酸，相差C₁₅H₃₀ ，所以属于同系物关系，故选D。