铁是组成太阳系类地天体的主量元素，其价态是揭示行星氧化还原环境的关键依据，同时也是元素地球化学的重要研究内容。然而当前关于铁元素价态的无损、高分辨率的原位微区分析技术却极为欠缺，严重制约了相关科学问题的解决和相关学科领域的发展。我们针对这一技术难题，系统优化了扫描电子俄歇能谱、电子能量损失谱、穆斯堡尔谱、电子顺磁共振谱以及同步辐射微区穆谱/X射线吸收谱等铁元素价态分析技术，同时集成上述技术方法的优势形成了月球样品铁元素价态的系统性解决方案。该方案满足了月壤粉末和月壤单颗粒的分析需求，空间分辨率从微米级延伸至纳米级，可系统性获得月壤中铁元素的价态、含量、赋存状态和分布规律的相关信息。

氧化还原作用广泛发生在地球等类地行星表面，是行星宜居性的重要影响因素。此前研究认为月球具有整体还原的内部和外部环境，在内外动力地质作用的复合影响下主要发生还原反应，因此对月球表面是否存在磁铁矿等高价态铁氧化物存在巨大的争议。我们通过嫦娥五号铲取与钻取月壤样品研究，发现月壤中广泛分布存在歧化反应、冲击热分解、太阳风溅射等新成因的单质金属铁和气化沉积成因的低价铜硫化物-蓝辉铜矿。这些研究成果不仅丰富了月球表面还原反应的理论体系，同时也为月壤成熟度的准确评价和月壤反射光谱太空风化改造效应的准确评估奠定了更为牢固的基础。更为重要的是，我们在嫦娥五号月壤中首次发现了撞击诱导成因的亚微米级磁铁矿，并且进一步推测该类型磁铁矿可能广泛存在于月球表面高钛玄武岩地区的月壤中。以上研究结果证明了在撞击为主导的外动力改造过程中，月球表面可同时发生较为广泛的氧化与还原反应。在此基础上我们初步形成了月球表面微尺度氧化还原作用的新理论，为月壤的形成与时空演化拓展了新的研究方向。