我国科学家利用月壤实现地外人工光合成，月球或可生产氧气

最近，通过分析嫦娥五号取回的月球土壤，中国科学家提出了一套从月球土壤中合成人造光的策略，这对未来的月球探测，居住和旅行都有帮助。

在月球上长期生存是载人深空探测的第一个里程碑最大限度地利用月球上的资源和能源，可以帮助人类在月球上建立一个既能支持生命保障又能支持航天器发射的中继站

与现有的地外生存技术相比，地外人造光合成技术有望利用月球的资源和环境生产氧气，燃料和生存用品该技术可在较宽的温度范围内运行，实现低能耗和高效率的能量转换

此外，地外人造光合成技术主要是利用人类呼吸的二氧化碳和月球上原位开采的水资源，共同产生氧气和碳氢化合物实现这一目标可以大大提高人类在月球生存的可行性和持久性，同时具有很高的经济效益

作为月球上最丰富的资源之一，利用月球土壤作为地球外人工光合作用的催化剂物质，是月球原位资源利用的重要组成部分与地球上的催化剂相比，月壤或月壤提取物作为月球上的人工光合成催化剂，可以大大降低航天器的载荷和成本嫦娥五号从月球上取回的月壤样品，为地球外人造光合成的实现提供了良好的契机

此次，南京大学院士，姚教授团队与香港中文大学，中国科学技术大学合作，对嫦娥五号月壤的元素组成，矿物结构进行了详细分析，并从光伏电解，光催化，光热催化三个方面对嫦娥五号月壤的人造光合成性能进行了评估基于月球土壤的人造光合成性能，提出了可行的地球外人造光合成策略，为实现零能耗月球生命保障系统奠定了物质基础相关结果以焦耳为单位发表

嫦娥五号月壤是月球表面非常年轻的玄武岩，富含铁，钛等人工光合作用常用的催化剂成分嫦娥五号的月壤有比较明确的矿物成分，一定程度上具有光催化，光电或光热催化性质南京大学教授姚说，同时，我们发现月壤表面富含微孔和囊泡，这种微纳结构进一步提高了月壤的催化性能

前述团队利用机器学习等方法对月壤的物质结构进行了多次分析，确定嫦娥五号月壤中约有24种主要晶体成分其中，用于人造光合成的八种良好催化剂包括钛铁矿，氧化钛，羟基磷灰石和各种铁基化合物我们目前正在基于这8种材料进行进一步的筛选和分析，将探索适合月球的原位分离提纯方法，实现高效人工光合作用材料在月球表面的制备和应用

该团队进一步使用月球土壤作为光伏电解水，光催化分解水，光催化二氧化碳还原和光热催化二氧化碳加氢的催化材料，并评估其性能结果表明，月壤在水的光伏电解和CO2加氢的光热催化方面具有很高的性能和选择性

针对月球环境，团队提出了利用月球土壤实现地球外人造光合成的可行策略和步骤，即利用月球夜间极低的温度，通过冷凝直接从人类呼吸空气中分离二氧化碳然后，嫦娥五号月壤作为水分解的电催化剂和CO2加氢的光热催化剂，将月球表面开采的呼吸废气和水资源转化为氧气，氢气，甲烷和甲醇其中，氧气可以为人类提供生命支持，甲烷是火箭推进剂的有效成分，甲醇是有机化学品的原料

"在月球表面，月壤是取之不尽的资源."姚说，我们的研究表明，通过开采月球表面的水资源和月壤，并通过一定的提炼技术，可以实现在月球表面建造载人基地，维持人类在月球表面的长期生存。

上述研究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方案，在月球上只需要太阳能，水和月壤基于该系统，人类有可能实现零能耗地外生命保障系统，真正支持月球探测，研究和旅行

月壤的收集除了寻求原位开发利用，还有两个更重要的研究方向首先是月球的成因和演化等通过研究月球土壤，我们可以更准确地确定地球和月球等行星表面的年龄，并让我们更多地了解地球，月球和火星的起源姚认为，月球土壤中可能还存在大量氦—3，这是一种清洁能源，未来可能用于热核聚变发电此前的研究表明，月球土壤中含有100万至500万吨氦—3

论文的合著者有南京大学教授姚，香港中文大学助理教授，朱，以及香港中文大学科研助理教授合著者有中国科学技术大学教授熊宇杰，南京大学院士邹志刚和教授周勇

嫦娥五号月壤样品由中国国家航天局提供，上述工作得到了科技部R&D重点计划，科技局民用航天技术重点计划，国家自然科学基金重大研究计划，面上项目，固体微结构物理国家重点实验室，江苏省纳米技术重点实验室，人工微结构科学与技术协同创新中心的支持。

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