嫦娥五号｜有望借助月壤生产氧气燃料　到月球上旅行指日可待？

去年12月17日，嫦娥五号探测器完成月球探索任务，携带月球土壤样本返抵地球，并分发予多间科研机构作研究之用。
5月5日，南京大学、香港中文大学（深圳）、中国科学技术大学的研究团队在美国能源学术期刊《焦耳》（Joule）刊发文章称，团队详细分析嫦娥五号取回的月壤中的元素和矿物结构后，发现月壤含有一些活性化合物可以作为催化剂，借助太阳光，将水和二氧化碳转化为氧气、氢气和甲烷、甲醇。

2021年，南京大学获得1克的嫦娥五号月壤，科研团队利用其中的0.2克进行研究。论文的共同第一作者、南京大学教授姚颖方介绍，嫦娥五号月壤来自月球表面非常年轻的玄武岩，当中富含铁、钛等人工光合成中常用的催化剂成分。

团队多次分析月壤结构，发现月壤中约有24种晶体矿物，其中钛铁矿、氧化钛、羟基磷灰石，以及多种铁基化合物等8种晶体矿物，可以在人工光合成中发挥较好的催化性能。

研究团队将月壤作为光伏电解水、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的催化材料，发现其在光伏电解水和光热催化二氧化碳加氢反应中，具有较高的性能和选择性。

姚颖方称，研究团队在试验中施加模拟太阳光，用水、二氧化碳做原料，将月壤与模拟的美国阿波罗计划取回的月壤和地球表面的玄武岩进行对比，发现三者在光伏电解水反应中，嫦娥五号月壤产生氧气和氢气的效率最高。在光热催化二氧化碳加氢反应中，嫦娥五号月壤产生的甲烷、甲醇的效率也比其他材料要高。

同时，研究指出月壤表面具有丰富的微孔和囊泡结构。她表示，月壤的表面积愈大，能接触的气体就愈多，催化性能愈好，这种微纳结构进一步提高了月壤的催化性能。

基于以上分析，研究团队针对月球环境，提出利用月壤实现地外人工光合成的策略与步骤。姚颖方介绍，利用月球夜间约-173°C的极低温度，将二氧化碳从人类呼吸的空气中凝结分离，然后利用太阳光将月壤作为水分解的电催化剂和二氧化碳加氢的光热催化剂，把人类呼出的废气、月球表面开采的水资源等转化为氧气、氢气、甲烷和甲醇。

她表示，利用地外人工光合成技术，或只需要月球上的太阳能、水和月壤，便能产生氧气和碳氢化合物，该技术还可以借助于月球表面的温度环境，实现低能耗和高效能量转换。

姚颖方称，地外人工光合成技术能否在真实的月球环境中实现，还需进一步验证。研究团队正争取明年将地外人工光合成系统搭载到中国太空站，或力争将该系统搭载到中国探月计划的飞船中，“月壤或月壤提取成分如果能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，也许将来在月球上就可以就地取材，为宇航员提供生命支持，并制备燃料”。