对于新材料化合物的合理设计，重要的是要了解其合成的潜在机制。通常采用核磁共振和光谱学等分析技术来研究分子反应中的此类机制。然而，控制固态结晶化合物形成的反应途径仍然知之甚少。

先进的X射线技术揭示了快速固气化学反应途径

这部分是由于在固态化合物中观察到的极端温度和不均匀反应。此外，固体结晶化合物中存在大量原子阻碍了精确分析。因此，有必要开发可以规避这些挑战的新技术。

最近，原位同步加速器X射线衍射(XRD)技术已用于研究晶相中发生的反应。由于其高速和时间分辨率，同步加速器XRD测量可以在极短的时间窗口(几百毫秒)内访问反应数据。这使得该技术有望捕获与短暂的中间反应阶段有关的数据。

现在，来自日本的一组研究人员使用这种最先进的同步加速器XRD技术报告了层状钙钛矿中的拓扑化学固气还原机制。该研究由东京工业大学(TokyoTech)副教授TakafumiYamamoto领导，并发表在AdvancedScience杂志上。

“我们使用了Sr3Fe2O7-δ,由于其高效的储氧能力，Ruddlesden-Popper型层状钙钛矿。Sr3Fe2O7-δ在O2和H2下进行可逆和快速的局部化学氧化还原反应，并显示出作为环境催化剂材料的优异性能，”Yamamoto博士解释道。

他的合作者之前观察到，用钯(Pd)掺杂Sr3Fe2O7-δ可显着提高氧气释放速率，同时降低释放温度。基于这些观察，该团队研究了这种钙钛矿在固气还原过程中的反应途径和结构演变。

该团队首先准备了一个原始样品和一个载有Pd的Sr3Fe2O7-δ样品。然后，他们使用高速同步加速器XRD来监测它们，因为它们经历了快速氧脱嵌(还原)。

分析表明，原始Sr3Fe2O7-δ的还原通过热力学稳定相进行，原始Sr3Fe2O7-δ在其还原过程中经历逐渐的单相结构演变。

相反，载有Pd的Sr3Fe2O7-δ的还原涉及非平衡中间相，这是一种截然不同的途径。它首先转变为动态无序相几秒钟，然后通过一阶转换重新排列自身以达到最终的有序和稳定状态。

此外，Sr3Fe2O7-δ表面上的Pd金属颗粒显着加速了载有Pd的Sr3Fe2O7-δ相对于原始Sr3Fe2O7-δ的氧脱嵌反应。

Yamamoto博士补充说：“在Sr3Fe2O7-δ负载Pd后反应动力学的变化表明，表面处理可用于控制结晶材料中的反应过程。”

总之，这些发现表明，同步加速器XRD技术可用于研究固态化合物中的反应途径以及确定其速率决定步骤。反过来，这可以帮助优化高性能功能材料合理设计的反应途径。