二氧化碳|中国学者发现嫦娥五号月壤可催化生产氧气和燃料

嫦娥五号带回来的月球“土特产”又有新发现 。 近日 , 南京大学邹志刚院士、姚颖方教授团队与多所高校、科研院所合作 , 通过研究0.2克月壤样本 , 发现其中一些成分可作为催化剂 , 在太阳光作用下 , 将水和二氧化碳转化为氧气和燃料 。
基于这一发现 , 研究人员提出 , 未来可以利用月球自身资源建设月球基地 , 支持深空探测、研究和旅行 。
这项研究由南京大学、中国空间技术研究院、香港中文大学(深圳)、中国科学技术大学合作完成 。 相关成果发表在国际学术期刊《焦耳》上 。
二氧化碳|中国学者发现嫦娥五号月壤可催化生产氧气和燃料
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这是存放在南京大学月球样品实验室的嫦娥五号月壤样本 。 新华社采访人员 陈席元摄
据论文第一作者、南京大学教授姚颖方介绍 , 2021年以来 , 作为中国空间技术研究院联合研究团队成员 , 南京大学团队对1克月壤开展了研究 。 此次研究人员采用机器学习等研究方法 , 详细分析了其中0.2克样本的结构组成 。
在南京大学月球样品实验室 , 采访人员见到了存放月壤样本的“手套箱” 。 这台机器的内部环境与外界隔绝 , 研究人员需要将双手伸入手套筒内方能操作 。 姚颖方告诉采访人员 , “手套箱”通过不断向内部注入氮气 , 将氧气和水分的含量控制在极低水平 , 并保证内部气压高于外部 , 以防止月壤样本受到污染 。
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这是南京大学月球样品实验室的“手套箱” , 用于保存嫦娥五号月壤样本 。 新华社采访人员 陈席元摄
【二氧化碳|中国学者发现嫦娥五号月壤可催化生产氧气和燃料】“在本研究中 , 我们从材料学角度 , 对月壤进行详细的矿物分析 , 发现了24种主要矿物 。 ”姚颖方表示 , “嫦娥五号月壤样本主要来自月球表面的玄武岩 , 富含铁、钛等元素 , 而这些是人工光合成中常用的催化剂成分 。 ”
研究人员将月壤用作催化剂 , 参与光伏电解水、光催化水分解、光催化二氧化碳还原、光热催化二氧化碳加氢等4项反应 。 结果显示 , 在光伏电解水和光热催化二氧化碳加氢反应中 , 月壤样本表现出优于地球玄武岩的催化性能 。
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这是存放在南京大学月球样品实验室的嫦娥五号月壤样本 。 新华社采访人员 陈席元摄
“这些反应以水和二氧化碳为原料 , 在模拟太阳光的照射下 , 生成氧气、氢气、甲烷和甲醇 。 ”姚颖方介绍 , “其中 , 氧气是人类赖以生存的资源 , 氢气和甲烷是火箭推进剂的重要组成部分 , 甲醇则是重要的化工原料 。 ”
“或许我们以后能够在月球建设一座小型化工厂 。 ”姚颖方告诉采访人员 , 此次研究旨在考察月壤能否被资源化利用 。 “如果我们能够在月球上就地取材 , 将月球自身资源以及人体代谢废物转化为资源和能源 , 就可以减小载人航天的成本 。 ”
姚颖方介绍 , 每一份月壤都是无价之宝 , 正式实验前 , 研究人员会使用地球表面的玄武岩碎屑等物质做模拟实验 。
“但是与地球样本相比 , 嫦娥五号月壤样本的催化性能高出一个数量级 , 而且表现出更好的选择性 。 ”姚颖方表示 , 所谓“选择性”是指催化反应产物的专一性 。 “月壤的催化产物只有甲烷和甲醇两种物质 。 用地球上的玄武岩屑做实验 , 催化产物也有少量甲烷和甲醇 , 但绝大部分是一氧化碳 。 虽然一氧化碳也可燃 , 但因为它的毒性 , 我们还是不希望在航空航天活动中见到它 。 ”