地外人工光合成：支撑载人深空探索的中国方案 | NSR综述

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南京大学姚颖方副教授、邹志刚院士团队联合中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室，在《国家科学评论》（National Science Review, NSR）发表综述文章，提出了“地外人工光合成”的概念以及相应的可行方法。此类材料和方法可以利用密闭环境中产生的废弃资源，或地外天体环境中丰富的本地资源，通过光电催化方法原位、快速、可控地将二氧化碳转化成为氧气和含碳燃料，大幅度降低载人航天器的物资供应需求，支撑可承受、可持续的载人深空探索。

地外人工光合成原理与方法

文章回顾了近年来国际航空航天领域利用二氧化碳转换生成氧气和碳氢燃料的方法，着重介绍了地外极端环境对人工光合成的负面影响以及可能的解决方案，深入探讨了目前可在地外实施的人工光合成技术及核心材料的研究进展，期望深化对地外人工光合成材料与技术的认知，有力支撑载人航天发展。 

由20世纪60年代发展至今，H₂O/CO₂原位转换的主要方法包括经典的Sabatier法、Bosch还原法，以及H₂O电解法。例如，美国航空航天局（NASA）毅力号火星车上的“MOXIE”系统采用高温电化学法，已成功在火星上将火星大气中的CO₂转化为O₂。与“MOXIE”等系统相比，该文提出的地外人工光合成技术，可以在更加温和的条件下低能耗地实现H₂O/CO₂转换，有望获得应用。

与地球环境相比，地外环境属于“极限条件”：低/微重力、极限真空、低温、强宇宙辐射。极限条件下的H₂O/CO₂转换和地外人工光合成面临着一系列重大科学问题，例如：

1）基于月球、火星等星壤，原位制备地外人工光合成材料；

2）开发适应太空条件下太阳辐射光谱和高辐照强度的新型光催化材料体系；

3）探索低/微重力下光催化物理化学过程耦合机制；

4）探索太阳能全谱利用的光、热、电耦合催化机理；

5）基于地外超高真空、极端温度以及微弱重力环境，搭建并应用地外人工光合成系统。

在提出“地外人工光合成”概念的同时，南京大学与钱学森实验室也率先开展了地外人工光合成材料与装置的研制和空间实验，这将大大推动该新兴领域的发展和应用。

该综述文章于2021年6月14日以“Extraterrestrial artificial photosynthetic materials for in-situ resource utilization”为题在线发表（https://doi.org/10.1093/nsr/nwab104），南京大学物理学院博士后杨柳青、钱学森实验室特聘研究员张策、南京大学现代工程与应用科学学院博士生余习文为论文的共同第一作者，南京大学现代工程与应用科学学院副教授姚颖方、钱学森实验室首席研究员姚伟、南京大学物理学院邹志刚院士为论文通讯作者。论文获得邹志刚院士的精心指导，以及“变革性技术关键科学问题”国家重点研发计划（2020YFA0710300）、国家自然科学基金、江苏省基金、中央高校基本科研业务费专项基金等项目资助。

点击“阅读原文”查看论文原文。

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