5月5日，南京大学、香港中文大学（深圳）、中国科学技术大学研究团队在国际学术期刊《焦耳》上发表文章称，团队正在开展详细的研究嫦娥五号回收的月壤分析（对嫦娥五号月壤（以下简称嫦娥五号月壤）进行元素和矿物结构分析后发现，月壤中含有它们可以作为催化剂，在阳光的帮助下将水和二氧化碳转化为氧气、氢气、甲烷和甲醇。
基于这一发现，团队提出了利用月球土壤进行地外人工光合作用的策略，希望为支持月球探测、研究和出行的“零能耗”月球生命保障系统奠定物质基础。
图片说明：团队利用先进的表征方法确认了月壤的表面结构和成分，表明月壤含有约24种不同的晶体矿物和约13种元素成分，并进行了反复验证。
月壤的元素组成和微纳结构赋予其较高的催化性能
地外人工光合作用技术是指模拟地球上绿色植物自然光合作用，利用阳光将人类呼出的二氧化碳和月球上原地开采的水资源转化为氧气和碳氢化合物的技术。在这个过程中，如果有催化剂的话，转化效率会更高。
月球土壤是月球上最丰富的资源之一。 2021年，南京大学获得1克嫦娥五号月壤。此次发表成果的科研团队用0.2克它进行研究，发现了月壤的一些特征。
“嫦娥五号月壤来自月球表面非常年轻的玄武岩，这种矿物富含铁、钛等人工光合作用常用的催化剂成分。团队利用机器学习等方法对研究人员对月壤结构进行了研究，发现这些月壤中约有24种晶体矿物，其中包括钛铁矿、氧化钛、羟基磷灰石等8种晶体矿物以及各种铁基化合物，在人工合成中可以发挥良好的催化性能。光合作用”。共同第一作者、南京大学教授姚英芳告诉科技日报记者。
月壤的实际催化性能如何？研究团队利用月壤作为催化材料进行光伏电解水、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反应，发现其在光伏电解水和光热催化方面具有相对较好的性能。二氧化碳加氢反应。高性能和选择性。
“在这些实验中，我们应用模拟阳光，以水和二氧化碳为原料，将月球土壤与美国阿波罗计划取回的模拟月球土壤以及地球表面的玄武岩进行比较，发现三者发生了光伏反应其中，嫦娥五号月壤产生氧气和氢气的效率最高，而在光热催化二氧化碳加氢反应中，嫦娥五号月壤产生甲烷和甲醇的效率为也比其他材料高。”姚英芳高兴地说。其中，氧气可以为人类提供生命支持，甲烷是火箭推进剂的活性成分，甲醇是有机化工原料。
研究还指出，月壤表面富含微孔和囊泡结构。 “月壤的表面积越大，能接触的气体就越多，其催化性能也越好。这种微纳米结构进一步提高了月壤的催化性能。”表演。”姚英芳说。
图片说明：通过测试和分析，科研团队提出了利用月壤实现月球表面地外生存的潜在方案。
将寻求在空间站或月球飞船上进行进一步测试
基于上述分析，研究团队提出了基于月球环境利用月壤实现地外人工光合作用的策略和步骤。
“利用月球夜间约-173的极低温度，将二氧化碳凝结并从人类呼吸的空气中分离出来。然后利用阳光，将嫦娥五号月壤用作水的电催化剂裂解和二氧化碳加氢的光热催化剂，将人类呼出的废气和月球表面开采的水资源转化为氧气、氢气、甲烷和甲醇。”姚英芳说，利用地外人工光合作用技术，可能只需要太阳能。能源、水和月球土壤。该技术生产氧气和碳氢化合物，还可以借助月球表面的温度环境实现低能耗和高效的能量转换。这为建立适应月球极端环境的原位资源利用系统提供了潜在的解决方案。
虽然月壤的催化效率低于地球上现有的催化剂，但姚英芳表示，研究团队还将分离提炼月壤中的有效催化成分，希望获得更好的催化效果。
不过，地外人工光合作用技术能否在真实的月球环境下实现，还需要进一步验证。姚英芳表示，他们力争明年在中国空间站上安装地外人造光合成系统，或者力争在中国探月工程的飞船上安装该系统。
“如果月壤或月壤提取的成分可以作为月球上的人工光合作用催化剂，可以大大减轻航天器的负载和成本。也许未来可以在月球本地获取材料，为宇航员提供生命支持并准备燃料。 ”姚英芳对此充满期待。
