嫦娥五號帶回來(lái)的月球“土特產(chǎn)”又有新發(fā)現。近日，南京大學(xué)鄒志剛院士、姚穎方教授團隊與多所高校、科研院所合作，通過(guò)研究 0.2 克月壤樣本，發(fā)現其中一些成分可作為催化劑，在太陽(yáng)光作用下，將水和二氧化碳轉化為氧氣和燃料。

　　基于這一發(fā)現，研究人員提出，未來(lái)可以利用月球自身資源建設月球基地，支持深空探測、研究和旅行。

　　這項研究由南京大學(xué)、中國空間技術(shù)研究院、香港中文大學(xué)(深圳)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合作完成。相關(guān)成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《焦耳》上。

　　這是存放在南京大學(xué)月球樣品實(shí)驗室的嫦娥五號月壤樣本。新華社記者陳席元攝

　　據論文第一作者、南京大學(xué)教授姚穎方介紹，2021 年以來(lái)，作為中國空間技術(shù)研究院聯(lián)合研究團隊成員，南京大學(xué)團隊對 1 克月壤開(kāi)展了研究。此次研究人員采用機器學(xué)習等研究方法，詳細分析了其中 0.2 克樣本的結構組成。

　　在南京大學(xué)月球樣品實(shí)驗室，記者見(jiàn)到了存放月壤樣本的“手套箱”。這臺機器的內部環(huán)境與外界隔絕，研究人員需要將雙手伸入手套筒內方能操作。姚穎方告訴記者，“手套箱”通過(guò)不斷向內部注入氮氣，將氧氣和水分的含量控制在極低水平，并保證內部氣壓高于外部，以防止月壤樣本受到污染。

　　這是南京大學(xué)月球樣品實(shí)驗室的“手套箱”，用于保存嫦娥五號月壤樣本。新華社記者陳席元攝

　　“在本研究中，我們從材料學(xué)角度，對月壤進(jìn)行詳細的礦物分析，發(fā)現了 24 種主要礦物。”姚穎方表示，“嫦娥五號月壤樣本主要來(lái)自月球表面的玄武巖，富含鐵、鈦等元素，而這些是人工光合成中常用的催化劑成分。”

　　研究人員將月壤用作催化劑，參與光伏電解水、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 4 項反應。結果顯示，在光伏電解水和光熱催化二氧化碳加氫反應中，月壤樣本表現出優(yōu)于地球玄武巖的催化性能。

　　這是存放在南京大學(xué)月球樣品實(shí)驗室的嫦娥五號月壤樣本。新華社記者陳席元攝

　　“這些反應以水和二氧化碳為原料，在模擬太陽(yáng)光的照射下，生成氧氣、氫氣、甲烷和甲醇。”姚穎方介紹，“其中，氧氣是人類(lèi)賴(lài)以生存的資源，氫氣和甲烷是火箭推進(jìn)劑的重要組成部分，甲醇則是重要的化工原料。”

　　“或許我們以后能夠在月球建設一座小型化工廠(chǎng)。”姚穎方告訴記者，此次研究旨在考察月壤能否被資源化利用。“如果我們能夠在月球上就地取材，將月球自身資源以及人體代謝廢物轉化為資源和能源，就可以減小載人航天的成本。”

　　姚穎方介紹，每一份月壤都是無(wú)價(jià)之寶，正式實(shí)驗前，研究人員會(huì )使用地球表面的玄武巖碎屑等物質(zhì)做模擬實(shí)驗。

　　“但是與地球樣本相比，嫦娥五號月壤樣本的催化性能高出一個(gè)數量級，而且表現出更好的選擇性。”姚穎方表示，所謂“選擇性”是指催化反應產(chǎn)物的專(zhuān)一性。“月壤的催化產(chǎn)物只有甲烷和甲醇兩種物質(zhì)。用地球上的玄武巖屑做實(shí)驗，催化產(chǎn)物也有少量甲烷和甲醇，但絕大部分是一氧化碳。雖然一氧化碳也可燃，但因為它的毒性，我們還是不希望在航空航天活動(dòng)中見(jiàn)到它。”

　　為什么月球表面和地球表面的玄武巖屑不一樣?研究人員推測，太陽(yáng)風(fēng)數以幾十億年計的“吹拂”發(fā)揮了作用，尤其是太陽(yáng)風(fēng)帶有的氫、氦等元素“改造”了月壤。“對此我們正在進(jìn)一步研究。”姚穎方說(shuō)。
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