从后布里奇石相变到下地幔稳定含水相的发现，人们对地幔深部的矿物的认识在近二十年内发生了深刻的变化。结合同步辐射X射线技术和第一性原理计算，我们在下地幔温压条件下发现了一种新的黄铁矿结构的富氧矿物。以二氧化铁为代表，这类黄铁矿相可以通过水氧化地幔矿物如铁氧化物、铁单质甚至铁方镁石获得。反应结果使得氧元素在黄铁矿相中储存，另一产物氢元素脱离水分子自由扩散至地幔矿物中。富氧的黄铁矿相由于密度更大，会在地核-地幔边界沉积，这一产生机制新近用于解释该区域内的地震波超低波速带。针对黄铁矿相的二氧化铁，我们进一步表征了它的电子结构，包括铁、氧元素的价态，实验论证了铁处于+2价而双氧在压力下形成共价键，可以理解为类似过氧化物合为-2价。我们的研究认为地幔深部能通过一系列相变和化学反应生成氧气含量较高的区域，这对理解地球内部的理化过程和元素循环都将带来新的认识。