在科幻小說家的筆下，未來人類可以“移民”月球生活。這一天會到來嗎?2020年12月17日，我國嫦娥五號月球探測器攜帶1731克月球“土特產(chǎn)”成功返回地球，為人類進(jìn)一步探究“月球的秘密”奠定了基礎(chǔ)。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，中國科技大學(xué)熊宇杰教授合作采用機(jī)器學(xué)習(xí)等方法，對月壤材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多次分析，明確月壤含有一些活性化合物。它們可以作為催化劑，借助太陽光，將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣、氫氣和甲烷、甲醇。該研究成果在《焦耳》上發(fā)表。

地外人工光合成指的是在外太空，通過原位太陽能或其他能量的利用，實(shí)現(xiàn)人工光合成的過程。該技術(shù)主要利用人類呼吸的二氧化碳和月球上原位開采的水資源產(chǎn)生氧氣和碳?xì)浠衔铮型蔀樵虑虻馁Y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在太空生存的可行性和持久性。而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，無疑可以大大降低航天器的載荷和成本。

鄒志剛教授團(tuán)隊(duì)及其合作伙伴采用機(jī)器學(xué)習(xí)等方法，對月壤材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多次分析，明確嫦娥五號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，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)而采用月壤作為光伏電解水、光催化水分解、光催化二氧化碳還原，以及光熱催化二氧化碳加氫等反應(yīng)的催化材料，評估其性能。研究表明，月壤在光伏電解水和光熱催化二氧化碳加氫反應(yīng)中具有較高的性能和選擇性。基于以上分析，研究團(tuán)隊(duì)針對月球環(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℃)，通過凝結(jié)將二氧化碳從人類呼吸空氣中直接分離，然后將月壤作為水分解的電催化劑和二氧化碳加氫的光熱催化劑，將呼吸廢氣、月球表面開采的水資源等轉(zhuǎn)化為氧氣、氫氣、甲烷和甲醇。其中，甲醇是人類有機(jī)合成中的主要原料，而甲烷是太空飛行器在地外極其需要的燃料成分。

盡管月壤的催化效率低于地球上可用的催化劑，但采用原位的地外人工光合成技術(shù)，可以大幅度減少人類進(jìn)入外太空的載荷，節(jié)約了大量成本。這項(xiàng)工作只需要月球上的太陽能、水和月壤，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。基于該系統(tǒng)，人類或可實(shí)現(xiàn)“零能耗”的地外生命保障系統(tǒng)，真正支持月球探測、研究和旅行。(吳 吉 馬明霞)