22日，來自中國科學院寧波材料技術與工程研究所的消息顯示，我國科研團隊在國際學術期刊《創新》在線發表了題為《月球鈦鐵礦與內源性氫反應產生大量水》的研究文章。該文章通過研究嫦娥五號月壤不同礦物中的氫含量，提出一種全新的基於高溫氧化還原反應生產水的方法，1噸月壤將可以產生約51至76千克水，有望為未來月球科研站及空間站的建設提供重要設計依據。

　　 “之前的研究結果表明，在月球南極和北極以及常年陰影區可能存在自然態的冰，月壤玻璃、斜長石、橄欖樹石和輝石等多種月壤礦物中含有少量水，但這些礦物中的含水量僅在0.0001%至0.02%之間，極其稀少，難以在月球原位提取利用。”寧波材料技術與工程研究所研究員王軍強介紹，水是建設月球科研站及未來開展月球星際旅行、保障人類生存的關鍵資源，探尋水資源是月球探測的首要任務之一。

　　 為此，王軍強研究員帶領團隊與中國科學院物理研究所、航天五院錢學森實驗室、鬆山湖材料實驗室、哈爾濱工業大學和南京大學合作，於2021年承擔了嫦娥五號月壤首批研究任務。經過3年的深入研究和反復驗証，發現一種全新的在月球制備水的方法。

　　 研究表明，月壤礦物由於太陽風億萬年的輻照，儲存了大量氫。在加熱至高溫后，氫將與礦物中的鐵氧化物發生氧化還原反應，生成單質鐵和大量水。當溫度升高至1000℃以上時，月壤熔化反應生成的水以水蒸氣的方式釋放出來。經高分辨電子顯微鏡、電子能量損失譜、熱重、磁性、元素價態、元素成分檢測等多種實驗技術分析，研究團隊確認1克月壤中大約可以產生51至76毫克水（即5.1%至7.6%）。以此計算，1噸月壤將可以產生約51至76千克水，相當於100多瓶500毫升的瓶裝水，基本可以滿足50人一天的飲水量。

　　 電子顯微鏡下的原位加熱實驗証明，月壤鈦鐵礦加熱后將同步生成大量單質鐵和水蒸氣氣泡，其他含鐵月壤礦物加熱后生成了少量鐵單質和氣泡，地球上的同種礦物加熱后則不會生成單質鐵和氣泡。這進一步闡釋了月壤礦物中固溶的氫是產生水的關鍵。

　　 計算模擬顯示，月壤鈦鐵礦中存在著納米微小孔道，可以吸附並儲存大量來自太陽風的氫原子。每個鈦鐵礦分子可以吸附4個氫原子，是名副其實的月球“蓄水池”。

　　 實驗還發現，電子輻照可以降低氫與鐵氧化物的反應溫度，水的生成溫度可以從800℃降低至200℃。“這個結果可以解釋前人發現的氫元素在月球上分布隨著緯度而變化的規律：赤道位置由於受太陽風輻照最強，而太陽風中含有大量電子，使得其中的氫更多被還原成水蒸氣而揮發出來﹔高緯度受太陽風電子輻照影響較小，可以保留更多的氫。”王軍強說。

　　 基於此，科研團隊提出了具有可行性的月球水資源原位開採與利用策略——通過凹面鏡或菲涅爾透鏡聚焦太陽光加熱月壤至熔融，產生的水蒸氣冷凝成水，並被收集存儲在水箱中，通過電分解水可以產生氧氣和氫氣，氧氣可以供人類呼吸，氫氣可以作為能源使用。“鐵可以用於制造永磁和軟磁材料，為電力電子器件提供原材料，也可以用作建筑材料。熔融的月壤也可以用來制作成具有榫卯結構的磚塊，用於建造月球基地建筑。”王軍強說。（記者曾毅 通訊員高曉靜）

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