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摘要：研究小组实现了层状钙钛矿氧化铁Sr3Fe2O7-δ的快速脱氧反应的可视化，有望为构建新型储氧材料的设计指南，用于开发各种创新型功能性材料的各种反应的优化，以及物质的结构设计做出贡献。

关键词：储氧材料、脱氧反应、可视化、层状钙钛矿氧化铁、反应中间态

东京工业大学于2023年5月2日宣布，与高辉度光科学研究中心（JASRI）、京都工艺纤维大学合作，实现了储氧材料的快速脱氧反应的可视化。这一研究有望为功能性材料设计指南的构建和反应的优化做出贡献。

层状钙钛矿氧化铁Sr₃Fe₂O₇-δ有望用作汽车尾气净化的储氧材料。该物质可通过控制气氛快速脱嵌大量氧气，但人们目前还不清楚该反应是通过什么样的中间体进行的。

层状钙钛矿氧化铁Sr₃Fe₂O₇-δ在氢气或氧气氛围下进行氧气的脱嵌。红色球体表示氧原子。

此次，研究小组在大型同步辐射设施“SPring-8”的光束线“BL02B2”和“BL36XU”上使用了同步辐射X射线衍射仪，以100毫秒的间隔连续拍摄Sr₃Fe₂O₇-δ的快速脱氧反应，并可视化了中间态结构。

在测量中，研究小组将能够控制气氛的装置和引入了粉末样品的玻璃管进行连接。在真空气氛中将样品加热到500℃，并在开始测量3秒后引入氢气，每100毫秒跟踪一次样品的结构变化。

结果发现，通过在样品表面负载少量钯，反应会迅速加速，并且反应会在几秒内完成；而对于普通样品，在这个条件下完成脱氧反应大约需要30秒。

结果还发现，通过增加反应速度，反应路径会发生明显变化。通过在负载钯的样品中提高反应速度，证实了存在氧空位随机分布的动态中间态。

下图显示了脱氧反应的路径在有无表面改性的情况下有何不同，研究小组世界上首次在无负载样品的情况下证实了这一现象。

此外，在气体反应体系的时间分辨X射线衍射测量中，首次成功地实现了亚秒级（闪烁速度）的连续成像。

该实验结果有望为构建新型储氧材料的设计指南，用于开发各种创新型功能性材料的各种反应的优化，以及物质的结构设计做出贡献。

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东京工业大学：储氧材料的快速脱氧反应的可视化