5月5日，南京大學(xué)、香港中文大學(xué)（深圳）、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)刊發(fā)于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《焦耳》的一篇文章稱，團(tuán)隊(duì)在詳細(xì)分析嫦娥五號(hào)取回的月壤（以下簡(jiǎn)稱嫦娥五號(hào)月壤）的元素和礦物結(jié)構(gòu)后，發(fā)現(xiàn)月壤含有一些活性化合物。它們可以作為催化劑，借助太陽(yáng)光，將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣、氫氣和甲烷、甲醇。

基于這個(gè)發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)提出了一套利用月壤進(jìn)行地外人工光合成的策略，希望為實(shí)現(xiàn)“零能耗”的月球生命保障系統(tǒng)奠定物質(zhì)基礎(chǔ)，從而支持月球探測(cè)、研究和旅行。

圖片說(shuō)明：團(tuán)隊(duì)通過(guò)先進(jìn)表征手段，確認(rèn)月壤表面結(jié)構(gòu)、成分，說(shuō)明月壤含有約24種不同晶體礦物、約13種元素成分，并進(jìn)行了反復(fù)驗(yàn)證。

月壤的元素構(gòu)成和微納結(jié)構(gòu)，使其催化性能高

地外人工光合成技術(shù)，是指模擬地球上綠色植物的自然光合作用，利用太陽(yáng)光，將人類呼出的二氧化碳和月球上原位開(kāi)采的水資源，轉(zhuǎn)化成氧氣和碳?xì)浠衔锏募夹g(shù)。在這個(gè)過(guò)程中，如果有催化劑，轉(zhuǎn)化效率更高。

月壤是月球上最豐富的資源之一。2021年，南京大學(xué)獲得了1克的嫦娥五號(hào)月壤，此次刊發(fā)成果的科研團(tuán)隊(duì)利用其中的0.2克進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)了月壤的一些特質(zhì)。

“嫦娥五號(hào)月壤來(lái)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(tuán)隊(duì)采用機(jī)器學(xué)習(xí)等方法，對(duì)月壤結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多次分析，發(fā)現(xiàn)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(fā)揮較好的催化性能?！闭撐牡墓餐谝蛔髡?、南京大學(xué)教授姚穎方告訴科技日?qǐng)?bào)記者。

月壤實(shí)際的催化性能如何？研究團(tuán)隊(duì)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(yīng)的催化材料，發(fā)現(xiàn)其在光伏電解水和光熱催化二氧化碳加氫反應(yīng)中，具有較高的性能和選擇性。

“在這些試驗(yàn)中，我們施加了模擬太陽(yáng)光，用水、二氧化碳做原料，將月壤與模擬的美國(guó)阿波羅計(jì)劃取回的月壤和地球表面的玄武巖進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)三者在光伏電解水反應(yīng)中，嫦娥五號(hào)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(yīng)中，嫦娥五號(hào)月壤產(chǎn)生的甲烷、甲醇的效率也比其他材料要高?！币Ψf方欣喜地表示，氧氣可為人類提供生命支持，甲烷是火箭推進(jìn)劑的有效成分，而甲醇是有機(jī)化學(xué)品原料。

研究同時(shí)指出，月壤表面具有豐富的微孔和囊泡結(jié)構(gòu)，“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(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高了月壤的催化性能?！币Ψf方說(shuō)。

圖片說(shuō)明：科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)測(cè)試分析，提出在月球表面潛在的利用月壤實(shí)現(xiàn)地外生存的方案

將尋求在空間站或探月飛船中進(jìn)一步測(cè)試

基于以上分析，研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)月球環(huán)境，提出利用月壤實(shí)現(xiàn)地外人工光合成的策略與步驟。

“利用月球夜間約-173°C的極低溫度，將二氧化碳從人類呼吸的空氣中凝結(jié)分離。然后利用太陽(yáng)光，將嫦娥五號(hào)月壤作為水分解的電催化劑和二氧化碳加氫的光熱催化劑，把人類呼出的廢氣、月球表面開(kāi)采的水資源等轉(zhuǎn)化為氧氣、氫氣、甲烷和甲醇?！币Ψf方表示，利用地外人工光合成技術(shù)，也許只需要月球上的太陽(yáng)能、水和月壤，便能產(chǎn)生氧氣和碳?xì)浠衔铮摷夹g(shù)還可以借助于月球表面的溫度環(huán)境，實(shí)現(xiàn)低能耗和高效能量轉(zhuǎn)換。這為建立適應(yīng)月球極端環(huán)境的原位資源利用系統(tǒng)提供了潛在方案。

雖然月球土壤的催化效率低于地球上可用的催化劑，但姚穎方表示，研究團(tuán)隊(duì)還將對(duì)月壤中的有效催化成分進(jìn)行分離、提煉，希望能得到更好的催化效果。

但是，地外人工光合成技術(shù)究竟能否在真實(shí)的月球環(huán)境中實(shí)現(xiàn)，還需進(jìn)一步驗(yàn)證。姚穎方介紹，他們正在爭(zhēng)取明年將地外人工光合成系統(tǒng)搭載到中國(guó)空間站，或力爭(zhēng)將該系統(tǒng)搭載到中國(guó)探月計(jì)劃的飛船中。

“月壤或月壤提取成分如果能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，也許將來(lái)在月球上就可以就地取材，為宇航員提供生命支持，并制備燃料?！币Ψf方如此展望。