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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作，發現“嫦娥五號”取回的月壤可以進行原位資源化利用（ISRU），作為電催化劑驅動地外燃料和氧氣的生產。他們進一步展示了利用機器人實現從催化劑制備到地外燃料和氧氣生產的全過程無人化操作。這種高效的地外燃料和氧氣生產系統有望推動人類文明向地外定居點發展，相關成果日前發表在國際學術期刊《國家科學評論》上。
可持續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，科研人員已經成功實現人工合成碳氫燃料和氧氣。因此，該技術被認為是實現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，研究人員發現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模進行，所得燃料和氧氣產率太低，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，以優化碳氫燃料的選擇性。首先經過多種表征測試，確定了其主要成分為輝石、斜長石、橄欖石和鈦鐵礦。研究人員發現輝石是月壤作為電催化劑的主要活性成分，進一步研究發現輝石中的硅酸鎂具有優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，實現了高效的甲烷和氧氣生產。該性能可以與地球上現有的電催化劑性能相媲美，展現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盡可能地簡化，實現了該系統中催化劑制備、電解槽組裝與電催化反應的全自動無人操作。
