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        ?獨步全球/嫦五新發現 月壤可製氧氣燃料

        2022-05-09 04:25:28大公報
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          圖:人類月球基地構想圖。

          嫦娥五號帶回的月球“土特產”,不斷產生新的科學成果。南京大學、香港中文大學(深圳)、中國科學技術大學的研究團隊刊發于國際學術期刊《焦耳》的文章稱,團隊在詳細分析嫦五月球樣本的元素和礦物結構后,發現月壤含有一些活性化合物,它們可以作為催化劑,借助太陽光,以地外人工光合成技術將人類呼出的廢氣、月球表面開采的水資源轉化為氧氣和燃料,希望為實現“零能耗”的月球生命保障系統奠定物質基礎,從而支持月球基地建設以至載人星際旅行。/大公報記者 劉凝哲北京報道

          2021年7月,國家航天局向13家單位發放了共計31份月壤樣品,其中包括南京大學獲得的1克月壤。據報道,中國科學院院士、物理學院鄒志剛教授表示,月壤第一站落戶南京大學環境材料與再生能源研究中心,是因為南京大學有一支做地外人工光合成的團隊,在國際上首創面向地外原位資源利用的人工光合成技術,并已獲得國家變革性技術重點研發計劃的資助。此次發表的成果,是科研團隊利用其中的0.2克所進行的研究。

          8種晶體礦物 催化性能優異

          內地科技日報報道,地外人工光合成技術,是指模擬地球上綠色植物的自然光合作用,利用太陽光,將人類呼出的二氧化碳和月球上原位開采的水資源,轉化成氧氣和碳氫化合物的技術。不過,在這個過程中,如果有催化劑,轉化效率更高。嫦娥五號月壤來自月球表面非常年輕的玄武巖,這種礦物中富含鐵、鈦等人工光合成中常用的催化劑成分。團隊采用機器學習等方法,對月壤結構進行多次分析,發現這些月壤中約有24種晶體礦物,其中鈦鐵礦、氧化鈦、羥基磷灰石,以及多種鐵基化合物等8種晶體礦物,可以在人工光合成中發揮較好的催化性能。

          研究團隊將月壤作為光伏電解水、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的催化材料,發現其在光伏電解水和光熱催化二氧化碳加氫反應中,具有較高的性能和選擇性。論文的共同第一作者、南京大學教授姚穎方表示,在試驗中,科研人員施加了模擬太陽光,用水、二氧化碳做原料,將月壤與模擬的美國阿波羅計劃取回的月壤和地球表面的玄武巖進行對比,發現三者在光伏電解水反應中,嫦娥五號月壤產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,嫦娥五號月壤產生的甲烷、甲醇的效率也比其他材料要高。氧氣可為人類提供生命支持,甲烷是火箭推進劑的有效成分,而甲醇是有機化學品原料。

          建零能耗系統 邁向自給自足

          此外,研究還指出,月壤表面具有豐富的微孔和囊泡結構,月壤的表面積越大,能接觸的氣體就越多,催化性能越好,這種微納結構進一步提高了月壤的催化性能。

          基于這個發現,團隊提出利用月壤進行地外人工光合成的策略,希望為實現“零能耗”的月球生命保障系統奠定物質基礎,從而支持月球探測、研究和旅行。

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