理工學(xué)院鄒志剛團(tuán)隊(duì)在Joule上發(fā)表月壤研究工作
近日，香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院的鄒志剛院士、朱熹教授、王璐教授、涂文廣教授和南京大學(xué)姚穎方教授、周勇教授、中國(guó)科技大學(xué)熊宇杰教授合作在《Joule》發(fā)表題為Extraterrestrial Photosynthesis by Chang’E-5 Lunar Soil的文章。
??《Joule》介紹
? ?Joule是Cell雜志的姊妹期刊，涵蓋了能源研究的各個(gè)方面，從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室研究到能源轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，再到全球范圍內(nèi)的有效分析，匯集了杰出而有見(jiàn)地的研究、分析和想法，以應(yīng)對(duì)關(guān)鍵的全球挑戰(zhàn)，對(duì)可持續(xù)能源的需求。Joule 2021年的影響因子為 41.248，JCR分區(qū)Q1。
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? ??背景介紹：
在外層空間的嚴(yán)酷環(huán)境中，人能夠長(zhǎng)期生存嗎？如何維持航天員最基本的生存需求？這是人類(lèi)夢(mèng)想飛出地球和探月工程首先要解決的問(wèn)題。原位利用月球資源與能源可以幫助我們?cè)谠虑蛏辖⒁粋€(gè)兼具生命支撐和支持航天器發(fā)射的中繼站。地外人工光合成技術(shù)主要利用人類(lèi)呼吸的CO2和月球上原位開(kāi)采的水資源產(chǎn)生氧氣和碳?xì)浠衔?，有望成為月球的資源原位利用技術(shù)之一。這種技術(shù)能夠在寬溫度范圍下運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)低能耗和高效能量轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)可以極大地提高人類(lèi)生存太空生存的可行性和持久性。作為月球上最豐富的資源之一，月壤是月球原位資源利用的重要組成部分。與地球上的催化劑相比，月壤或月壤提取成分作為月球上的人工光合成催化劑，可以大大降低航天器的載荷和成本。嫦娥五號(hào)月球樣品為實(shí)現(xiàn)地外人工光合成提供了一個(gè)很好的機(jī)會(huì)。
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? ? ? ?研究概要：
本工作中，研究團(tuán)隊(duì)采用機(jī)器學(xué)習(xí)等方法，對(duì)月壤材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多次分析，明確嫦娥五號(hào)月壤中主要的晶體成分大約有24種，其中作為人工光合成的催化劑有鈦鐵礦、氧化鈦、羥基磷灰石、以及多種鐵基化合物等8種。同時(shí)，月壤表面具有豐富的微孔和囊泡結(jié)構(gòu)，這種微納結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高了月壤的催化性能。進(jìn)而采用月壤作為光伏電解水、光催化水分解、光催化CO2還原、以及光熱催化CO2加氫等反應(yīng)的催化材料，評(píng)估其性能。研究表明，月壤在光伏電解水和光熱催化CO2加氫反應(yīng)中具有較高的性能和選擇性?；谝陨戏治?，研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)月球環(huán)境，提出利用月壤實(shí)現(xiàn)地外人工光合成的可行策略與步驟。即利用月球夜間的極低溫度（-173°C），通過(guò)凝結(jié)將二氧化碳從人類(lèi)呼吸空氣中直接分離。然后嫦娥五號(hào)月壤作為水分解的電催化劑和CO2加氫的光熱催化劑，將呼吸廢氣、月球表面開(kāi)采的水資源等轉(zhuǎn)化為O2、H2、CH4和CH3OH。這項(xiàng)工作為建立適應(yīng)月球極端環(huán)境的原位資源利用系統(tǒng)提供了潛在方案，并且只需要月球上的太陽(yáng)能、水和月壤?；谠撓到y(tǒng)，人類(lèi)或可實(shí)現(xiàn)“零能耗”的地外生命保障系統(tǒng)，真正支持月球探測(cè)、研究和旅行。
? ? ? ?本文亮點(diǎn)：
1. 用機(jī)器學(xué)習(xí)等方法明確嫦娥五號(hào)月壤中主要的晶體成分大約有24種，其中可作為人工光合成的催化劑有鈦鐵礦、氧化鈦、羥基磷灰石、以及多種鐵基化合物等8種。
2. 實(shí)驗(yàn)表明月壤在光電解水、光催化CO2還原、光熱催化CO2加氫等催化反應(yīng)具有較高的性能和選擇性。
3. 該工作展示了建立適應(yīng)月球極端環(huán)境的原位資源利用系統(tǒng)的應(yīng)用潛力。
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? ? ? ?通訊作者簡(jiǎn)介：
? ? ? ?鄒志剛， 2015 年當(dāng)選中國(guó)科學(xué)院院士，2018 年當(dāng)選發(fā)展中國(guó)家科學(xué)院院士。2018年起任中國(guó)空間技術(shù)研究院的空間站科學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)科學(xué)委員會(huì)共同主席和太空探索實(shí)驗(yàn)科學(xué)委員會(huì)共同主席。主要從事新型可再生能源與環(huán)境材料方面的研究，鄒院士在光催化領(lǐng)域做出了卓越的貢獻(xiàn)，被媒體稱(chēng)為“光催化領(lǐng)域的前行者”。鄒志剛院士已在 Nature等國(guó)際一流期刊上發(fā)表論文 602 多篇，H指數(shù) 74，連續(xù) 5年入選愛(ài)思唯爾材料科學(xué)高被引學(xué)者，是材料領(lǐng)域有國(guó)際影響力的學(xué)術(shù)帶頭人。申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利 200 多項(xiàng)，其中 83 項(xiàng)已獲授權(quán)；承擔(dān)兩屆國(guó)家重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃 973 項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金中日合作項(xiàng)目、科技部國(guó)際合作重大項(xiàng)目等多項(xiàng)科研項(xiàng)目；獲國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)、江蘇省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng) 2 項(xiàng)，作為第一完成人獲第 46 屆日內(nèi)瓦國(guó)際發(fā)明展金獎(jiǎng)及阿卜杜拉國(guó)王大學(xué)特別獎(jiǎng)各 1項(xiàng)。
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