(資料圖片)
科技日報記者 吳長鋒
記者從中國科學技術大學獲悉，該校熊宇杰教授、龍冉教授等團隊與南京大學鄒志剛院士/姚穎方教授團隊緊密協(xié)作，發(fā)現(xiàn)“嫦娥五號”取回的月壤可以進行原位資源化利用（ISRU），作為電催化劑驅(qū)動地外燃料和氧氣的生產(chǎn)。他們進一步展示了利用機器人實現(xiàn)從催化劑制備到地外燃料和氧氣生產(chǎn)的全過程無人化操作。這種高效的地外燃料和氧氣生產(chǎn)系統(tǒng)有望推動人類文明向地外定居點發(fā)展，相關成果日前發(fā)表在國際學術期刊《國家科學評論》上。
可持續(xù)的燃料和氧氣供應是人類在月球建立地外定居點的必要條件。在地球上，通過光伏和電催化相結合，并以二氧化碳和水為原料，科研人員已經(jīng)成功實現(xiàn)人工合成碳氫燃料和氧氣。因此，該技術被認為是實現(xiàn)地外燃料和氧氣供應的潛在方案之一。隨著月球探測的快速進步，研究人員發(fā)現(xiàn)月球表面具有可觀的二氧化碳和水儲量，進一步證實了該設想的可行性。然而，目前缺乏有效的催化劑、復雜的催化劑合成工藝等因素，使得電催化二氧化碳轉化似乎只能在地外空間以實驗室規(guī)模進行，所得燃料和氧氣產(chǎn)率太低，遠遠無法滿足人類的需求。
鑒于該工作的主要目的是實現(xiàn)月壤的原位資源化利用， 研究人員進一步分析月壤在電催化過程中的主要活性成分，以優(yōu)化碳氫燃料的選擇性。首先經(jīng)過多種表征測試，確定了其主要成分為輝石、斜長石、橄欖石和鈦鐵礦。研究人員發(fā)現(xiàn)輝石是月壤作為電催化劑的主要活性成分，進一步研究發(fā)現(xiàn)輝石中的硅酸鎂具有優(yōu)異的電催化二氧化碳轉化活性。隨后，通過在硅酸鎂上負載銅，實現(xiàn)了高效的甲烷和氧氣生產(chǎn)。該性能可以與地球上現(xiàn)有的電催化劑性能相媲美，展現(xiàn)出了月壤資源化利用的巨大潛力。
此外，鑒于地外空間有限的勞動力資源，該研究團隊將電催化二氧化碳轉化系統(tǒng)盡可能地簡化，實現(xiàn)了該系統(tǒng)中催化劑制備、電解槽組裝與電催化反應的全自動無人操作。
