作者:吴长锋 来源:科技日报 发布时间:2022/9/29 20:50:49
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全自动月壤资源化利用 有望助力人类向外定居

 

科技日报记者 吴长锋

记者从中国科学技术大学获悉,该校熊宇杰教授、龙冉教授等团队与南京大学邹志刚院士/姚颖方教授团队紧密协作,发现“嫦娥五号”取回的月壤可以进行原位资源化利用(ISRU),作为电催化剂驱动地外燃料和氧气的生产。他们进一步展示了利用机器人实现从催化剂制备到地外燃料和氧气生产的全过程无人化操作。这种高效的地外燃料和氧气生产系统有望推动人类文明向地外定居点发展,相关成果日前发表在国际学术期刊《国家科学评论》上。

可持续的燃料和氧气供应是人类在月球建立地外定居点的必要条件。在地球上,通过光伏和电催化相结合,并以二氧化碳和水为原料,科研人员已经成功实现人工合成碳氢燃料和氧气。因此,该技术被认为是实现地外燃料和氧气供应的潜在方案之一。随着月球探测的快速进步,研究人员发现月球表面具有可观的二氧化碳和水储量,进一步证实了该设想的可行性。然而,目前缺乏有效的催化剂、复杂的催化剂合成工艺等因素,使得电催化二氧化碳转化似乎只能在地外空间以实验室规模进行,所得燃料和氧气产率太低,远远无法满足人类的需求。

鉴于该工作的主要目的是实现月壤的原位资源化利用, 研究人员进一步分析月壤在电催化过程中的主要活性成分,以优化碳氢燃料的选择性。首先经过多种表征测试,确定了其主要成分为辉石、斜长石、橄榄石和钛铁矿。研究人员发现辉石是月壤作为电催化剂的主要活性成分,进一步研究发现辉石中的硅酸镁具有优异的电催化二氧化碳转化活性。随后,通过在硅酸镁上负载铜,实现了高效的甲烷和氧气生产。该性能可以与地球上现有的电催化剂性能相媲美,展现出了月壤资源化利用的巨大潜力。

此外,鉴于地外空间有限的劳动力资源,该研究团队将电催化二氧化碳转化系统尽可能地简化,实现了该系统中催化剂制备、电解槽组装与电催化反应的全自动无人操作。

 
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