想要在月球上生存，首先得讓月球上產生水和氧氣。近日，南京大學鄒志剛院士、姚穎方教授團隊與香港中文大學（深圳）、中國科學技術大學合作，發(fā)現嫦娥五號帶回的月壤樣本中，一些成分可以作為催化劑，在太陽光作用下，將水和二氧化碳轉化為氧氣、氫氣、甲烷和甲醇。未來，利用月球自身資源打造太空“生存空間”，或許有了可能。

作為月球上最豐富的資源之一，采用月壤作為地外人工光合成催化材料，是月球原位資源利用的重要組成部分。與地球上的催化劑相比，月壤或月壤提取成分作為月球上的人工光合成催化劑，可以大大降低航天器的載荷和成本。

據悉，嫦娥五號月壤是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。研究團隊采用機器學習等方法，對月壤材料結構進行了多次分析，明確嫦娥五號月壤中主要的晶體成分大約有24種，其中作為人工光合成的良催化劑有鈦鐵礦、氧化鈦、羥基磷灰石以及多種鐵基化合物等8種。同時，月壤表面具有豐富的微孔和囊泡結構，這種微納結構進一步提高了月壤的催化性能。

研究團隊進而采用月壤作為光伏電解水、光催化水分解、光催化CO₂還原以及光熱催化CO₂加氫等反應的催化材料，評估其性能。研究表明，月壤在光伏電解水和光熱催化CO₂加氫反應中具有較高的性能和選擇性。基于以上分析，研究團隊針對月球環(huán)境，提出利用月壤實現地外人工光合成的可行策略與步驟。即利用月球夜間的極低溫度（-173°C），通過凝結將二氧化碳從人類呼吸空氣中直接分離。然后嫦娥五號月壤作為水分解的電催化劑和CO₂加氫的光熱催化劑，將呼吸廢氣、月球表面開采的水資源等轉化為O₂、H₂、CH₄和CH₃OH。這項工作為建立適應月球極端環(huán)境的原位資源利用系統(tǒng)提供了潛在方案，并且只需要月球上的太陽能、水和月壤?；谠撓到y(tǒng)，人類或可實現“零能耗”的地外生命保障系統(tǒng)，真正支持月球探測、研究和旅行。

該工作的相關研究成果以“Extraterrestrial Photosynthesis by Chang’E-5 Lunar Soil”（利用嫦娥五號月壤實現地外光合成）為題，發(fā)表在國際權威期刊《焦耳》（Joule）上（https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.04.011）。南京大學姚穎方教授、香港中文大學（深圳）王璐助理教授、朱熹助理教授、涂文廣科研助理教授為論文共同第一作者。中國科技大學熊宇杰教授、南京大學周勇教授、鄒志剛院士是論文的共同通訊作者。月球樣品由國家航天局提供（樣品編號：CE5C0400），該工作得到科技部“變革性技術關鍵科學問題”重點研發(fā)計劃、科工局民用航天技術重點項目、國家自然科學基金重大研究計劃、面上項目等項目資助，以及固體微結構物理國家重點實驗室、江蘇省納米技術重點實驗室、人工微結構科學與技術協(xié)同創(chuàng)新中心等支持。

揚子晚報/紫牛新聞記者 ?楊甜子

校對 李?；?/p>