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中國學(xué)者發(fā)現(xiàn)嫦娥五號月壤可催化生產(chǎn)氧氣和燃料

2022-05-12 22:02:27 來源：新華網(wǎng) A+A-

嫦娥五號帶回來的月球“土特產(chǎn)”又有新發(fā)現(xiàn),。近日,，南京大學(xué)鄒志剛院士、姚穎方教授團(tuán)隊(duì)與多所高校,、科研院所合作,，通過研究0.2克月壤樣本，發(fā)現(xiàn)其中一些成分可作為催化劑,，在太陽光作用下,，將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣和燃料。

基于這一發(fā)現(xiàn),，研究人員提出,，未來可以利用月球自身資源建設(shè)月球基地，支持深空探測,、研究和旅行,。

這項(xiàng)研究由南京大學(xué)、中國空間技術(shù)研究院,、香港中文大學(xué)（深圳）,、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合作完成。相關(guān)成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《焦耳》上,。

這是存放在南京大學(xué)月球樣品實(shí)驗(yàn)室的嫦娥五號月壤樣本,。新華社記者陳席元攝

據(jù)論文第一作者、南京大學(xué)教授姚穎方介紹,，2021年以來,，作為中國空間技術(shù)研究院聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)成員，南京大學(xué)團(tuán)隊(duì)對1克月壤開展了研究,。此次研究人員采用機(jī)器學(xué)習(xí)等研究方法,，詳細(xì)分析了其中0.2克樣本的結(jié)構(gòu)組成。

在南京大學(xué)月球樣品實(shí)驗(yàn)室,，記者見到了存放月壤樣本的“手套箱”。這臺機(jī)器的內(nèi)部環(huán)境與外界隔絕,，研究人員需要將雙手伸入手套筒內(nèi)方能操作,。姚穎方告訴記者，“手套箱”通過不斷向內(nèi)部注入氮?dú)?，將氧氣和水分的含量控制在極低水平,，并保證內(nèi)部氣壓高于外部，以防止月壤樣本受到污染,。

這是南京大學(xué)月球樣品實(shí)驗(yàn)室的“手套箱”,，用于保存嫦娥五號月壤樣本,。新華社記者陳席元攝

“在本研究中，我們從材料學(xué)角度,，對月壤進(jìn)行詳細(xì)的礦物分析,，發(fā)現(xiàn)了24種主要礦物?！币Ψf方表示,，“嫦娥五號月壤樣本主要來自月球表面的玄武巖，富含鐵,、鈦等元素,，而這些是人工光合成中常用的催化劑成分?！?/p>

研究人員將月壤用作催化劑,，參與光伏電解水、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4項(xiàng)反應(yīng)。結(jié)果顯示,，在光伏電解水和光熱催化二氧化碳加氫反應(yīng)中,，月壤樣本表現(xiàn)出優(yōu)于地球玄武巖的催化性能。

這是存放在南京大學(xué)月球樣品實(shí)驗(yàn)室的嫦娥五號月壤樣本,。新華社記者陳席元攝

“這些反應(yīng)以水和二氧化碳為原料,，在模擬太陽光的照射下，生成氧氣,、氫氣,、甲烷和甲醇?！币Ψf方介紹,，“其中，氧氣是人類賴以生存的資源,，氫氣和甲烷是火箭推進(jìn)劑的重要組成部分,，甲醇則是重要的化工原料?！?/p>

“或許我們以后能夠在月球建設(shè)一座小型化工廠,。”姚穎方告訴記者,，此次研究旨在考察月壤能否被資源化利用,。“如果我們能夠在月球上就地取材，將月球自身資源以及人體代謝廢物轉(zhuǎn)化為資源和能源,，就可以減小載人航天的成本,。”

姚穎方介紹,，每一份月壤都是無價(jià)之寶,，正式實(shí)驗(yàn)前，研究人員會(huì)使用地球表面的玄武巖碎屑等物質(zhì)做模擬實(shí)驗(yàn),。

“但是與地球樣本相比,，嫦娥五號月壤樣本的催化性能高出一個(gè)數(shù)量級，而且表現(xiàn)出更好的選擇性,?！币Ψf方表示，所謂“選擇性”是指催化反應(yīng)產(chǎn)物的專一性,?！霸氯赖拇呋a(chǎn)物只有甲烷和甲醇兩種物質(zhì)。用地球上的玄武巖屑做實(shí)驗(yàn),，催化產(chǎn)物也有少量甲烷和甲醇,，但絕大部分是一氧化碳。雖然一氧化碳也可燃,，但因?yàn)樗亩拘?，我們還是不希望在航空航天活動(dòng)中見到它?！?/p>

為什么月球表面和地球表面的玄武巖屑不一樣,？研究人員推測，太陽風(fēng)數(shù)以幾十億年計(jì)的“吹拂”發(fā)揮了作用,，尤其是太陽風(fēng)帶有的氫,、氦等元素“改造”了月壤?！皩Υ宋覀冋谶M(jìn)一步研究,。”姚穎方說,。（記者陳席元,、劉宇軒、陳圣煒）

(責(zé)任編輯：苖玉軒 CN074)