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科技日?qǐng)?bào)記者 吳長(zhǎng)鋒
記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校熊宇杰教授、龍冉教授等團(tuán)隊(duì)與南京大學(xué)鄒志剛院士/姚穎方教授團(tuán)隊(duì)緊密協(xié)作，發(fā)現(xiàn)“嫦娥五號(hào)”取回的月壤可以進(jìn)行原位資源化利用（ISRU），作為電催化劑驅(qū)動(dòng)地外燃料和氧氣的生產(chǎn)。他們進(jìn)一步展示了利用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)從催化劑制備到地外燃料和氧氣生產(chǎn)的全過(guò)程無(wú)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(dòng)人類文明向地外定居點(diǎn)發(fā)展，相關(guān)成果日前發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》上。
可持續(xù)的燃料和氧氣供應(yīng)是人類在月球建立地外定居點(diǎn)的必要條件。在地球上，通過(guò)光伏和電催化相結(jié)合，并以二氧化碳和水為原料，科研人員已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)人工合成碳?xì)淙剂虾脱鯕?。因此，該技術(shù)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)地外燃料和氧氣供應(yīng)的潛在方案之一。隨著月球探測(cè)的快速進(jìn)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(chǔ)量，進(jìn)一步證實(shí)了該設(shè)想的可行性。然而，目前缺乏有效的催化劑、復(fù)雜的催化劑合成工藝等因素，使得電催化二氧化碳轉(zhuǎn)化似乎只能在地外空間以實(shí)驗(yàn)室規(guī)模進(jìn)行，所得燃料和氧氣產(chǎn)率太低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足人類的需求。
鑒于該工作的主要目的是實(shí)現(xiàn)月壤的原位資源化利用， 研究人員進(jìn)一步分析月壤在電催化過(guò)程中的主要活性成分，以優(yōu)化碳?xì)淙剂系倪x擇性。首先經(jīng)過(guò)多種表征測(cè)試，確定了其主要成分為輝石、斜長(zhǎng)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(jìn)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(zhuǎn)化活性。隨后，通過(guò)在硅酸鎂上負(fù)載銅，實(shí)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(dòng)力資源，該研究團(tuán)隊(duì)將電催化二氧化碳轉(zhuǎn)化系統(tǒng)盡可能地簡(jiǎn)化，實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)中催化劑制備、電解槽組裝與電催化反應(yīng)的全自動(dòng)無(wú)人操作。
標(biāo)簽： 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 國(guó)家科學(xué)評(píng)論
