5月5日，南京大學、香港中文大學（深圳）、中國科學技術大學研究團隊在國際學術期刊《焦耳》上發(fā)表文章稱，團隊正在開展詳細的研究嫦娥五號回收的月壤分析（對嫦娥五號月壤（以下簡稱嫦娥五號月壤）進行元素和礦物結構分析后發(fā)現(xiàn)，月壤中含有它們可以作為催化劑，在陽光的幫助下將水和二氧化碳轉化為氧氣、氫氣、甲烷和甲醇。

基于這一發(fā)現(xiàn)，團隊提出了利用月球土壤進行地外人工光合作用的策略，希望為支持月球探測、研究和出行的“零能耗”月球生命保障系統(tǒng)奠定物質基礎。

圖片說明：團隊利用先進的表征方法確認了月壤的表面結構和成分，表明月壤含有約24種不同的晶體礦物和約13種元素成分，并進行了反復驗證。

月壤的元素組成和微納結構賦予其較高的催化性能

地外人工光合作用技術是指模擬地球上綠色植物自然光合作用，利用陽光將人類呼出的二氧化碳和月球上原地開采的水資源轉化為氧氣和碳氫化合物的技術。在這個過程中，如果有催化劑的話，轉化效率會更高。

月球土壤是月球上最豐富的資源之一。 2021年，南京大學獲得1克嫦娥五號月壤。此次發(fā)表成果的科研團隊用0.2克它進行研究，發(fā)現(xiàn)了月壤的一些特征。

“嫦娥五號月壤來自月球表面非常年輕的玄武巖，這種礦物富含鐵、鈦等人工光合作用常用的催化劑成分。團隊利用機器學習等方法對研究人員對月壤結構進行了研究，發(fā)現(xiàn)這些月壤中約有24種晶體礦物，其中包括鈦鐵礦、氧化鈦、羥基磷灰石等8種晶體礦物以及各種鐵基化合物，在人工合成中可以發(fā)揮良好的催化性能。光合作用”。共同第一作者、南京大學教授姚英芳告訴科技日報記者。

月壤的實際催化性能如何？研究團隊利用月壤作為催化材料進行光伏電解水、光催化水分解、光催化二氧化碳還原、光熱催化二氧化碳加氫等反應，發(fā)現(xiàn)其在光伏電解水和光熱催化方面具有相對較好的性能。二氧化碳加氫反應。高性能和選擇性。

“在這些實驗中，我們應用模擬陽光，以水和二氧化碳為原料，將月球土壤與美國阿波羅計劃取回的模擬月球土壤以及地球表面的玄武巖進行比較，發(fā)現(xiàn)三者發(fā)生了光伏反應其中，嫦娥五號月壤產(chǎn)生氧氣和氫氣的效率最高，而在光熱催化二氧化碳加氫反應中，嫦娥五號月壤產(chǎn)生甲烷和甲醇的效率為也比其他材料高?！币τ⒎几吲d地說。其中，氧氣可以為人類提供生命支持，甲烷是火箭推進劑的活性成分，甲醇是有機化工原料。

研究還指出，月壤表面富含微孔和囊泡結構。 “月壤的表面積越大，能接觸的氣體就越多，其催化性能也越好。這種微納米結構進一步提高了月壤的催化性能?！北硌??！币τ⒎颊f。

圖片說明：通過測試和分析，科研團隊提出了利用月壤實現(xiàn)月球表面地外生存的潛在方案。

將尋求在空間站或月球飛船上進行進一步測試

基于上述分析，研究團隊提出了基于月球環(huán)境利用月壤實現(xiàn)地外人工光合作用的策略和步驟。

“利用月球夜間約-173的極低溫度，將二氧化碳凝結并從人類呼吸的空氣中分離出來。然后利用陽光，將嫦娥五號月壤用作水的電催化劑裂解和二氧化碳加氫的光熱催化劑，將人類呼出的廢氣和月球表面開采的水資源轉化為氧氣、氫氣、甲烷和甲醇?！币τ⒎颊f，利用地外人工光合作用技術，可能只需要太陽能。能源、水和月球土壤。該技術生產(chǎn)氧氣和碳氫化合物，還可以借助月球表面的溫度環(huán)境實現(xiàn)低能耗和高效的能量轉換。這為建立適應月球極端環(huán)境的原位資源利用系統(tǒng)提供了潛在的解決方案。

雖然月壤的催化效率低于地球上現(xiàn)有的催化劑，但姚英芳表示，研究團隊還將分離提煉月壤中的有效催化成分，希望獲得更好的催化效果。

不過，地外人工光合作用技術能否在真實的月球環(huán)境下實現(xiàn)，還需要進一步驗證。姚英芳表示，他們力爭明年在中國空間站上安裝地外人造光合成系統(tǒng)，或者力爭在中國探月工程的飛船上安裝該系統(tǒng)。

“如果月壤或月壤提取的成分可以作為月球上的人工光合作用催化劑，可以大大減輕航天器的負載和成本。也許未來可以在月球本地獲取材料，為宇航員提供生命支持并準備燃料。 ”姚英芳對此充滿期待。