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嫦娥五號帶回來的月球“土特產”又有新發現。近日，南京大學鄒志剛院士、姚穎方教授團隊與多所高校、科研院所合作，通過研究 0.2 克月壤樣本，發現其中一些成分可作為催化劑，在太陽光作用下，將水和二氧化碳轉化為氧氣和燃料。
基于這一發現，研究人員提出，未來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、中國空間技術研究院、香港中文大學(深圳)、中國科學技術大學合作完成。相關成果發表在國際學術期刊《焦耳》上。
這是存放在南京大學月球樣品實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、南京大學教授姚穎方介紹，2021 年以來，作為中國空間技術研究院聯合研究團隊成員，南京大學團隊對 1 克月壤開展了研究。此次研究人員采用機器學習等研究方法，詳細分析了其中 0.2 克樣本的結構組成。
在南京大學月球樣品實驗室，記者見到了存放月壤樣本的“手套箱”。這臺機器的內部環境與外界隔絕，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。
這是南京大學月球樣品實驗室的“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，我們從材料學角度，對月壤進行詳細的礦物分析，發現了 24 種主要礦物。”姚穎方表示，“嫦娥五號月壤樣本主要來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，月壤樣本表現出優于地球玄武巖的催化性能。
這是存放在南京大學月球樣品實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，氧氣是人類賴以生存的資源，氫氣和甲烷是火箭推進劑的重要組成部分，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。”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，每一份月壤都是無價之寶，正式實驗前，研究人員會使用地球表面的玄武巖碎屑等物質做模擬實驗。
“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”是指催化反應產物的專一性。“月壤的催化產物只有甲烷和甲醇兩種物質。用地球上的玄武巖屑做實驗，催化產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中見到它。”
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，太陽風數以幾十億年計的“吹拂”發揮了作用，尤其是太陽風帶有的氫、氦等元素“改造”了月壤。“對此我們正在進一步研究。”姚穎方說。
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