由于目前深空探測技術的巨大發展，發展能夠支撐進行長期太空探索的太空生命支持系統具有重大技術和科學意義。從月球原地汲取資源進行利用為人類進行月球居住和旅游所需的生命支持系統提供了廣闊材料空間。有鑒于此，南京大學鄒志剛、周勇、中國科學技術大學熊宇杰等通過分析嫦娥5號獲取的月球土壤進行組分和結構分析，展示了月壤能夠用于宇宙條件進行光合作用的催化劑。考察了月壤樣品在光伏驅動的電催化反應性能、光催化性能、光熱催化性能，驗證通過月壤樣品作為催化劑，通過太陽能和水進行全分解水、將呼吸產生的CO2催化轉化，產生一系列支持月球生存的分子，包括O2、H2、CH4、CH3OH。作者提出了一種宇宙光合體系，有助于在外太空實現“零能量消耗”體系。通過XRD對樣品的形貌和組分進行分析，發現其中含有豐富的Fe、Mg物種（普通輝石、斜方輝石）；基于Si、Al物種（硅石、斜長石）。此外，通過XPS、SEM、TEM表征，驗證月壤是Fe和Mg豐度較高的玄武巖。其中含有的光催化活性物種包括Ti2nO2n-1、TiO2、FeTiO3、FeSx，磁黃鐵礦（Fe1-xS）作為電催化物種，(Mg, Fe)SiO3、(Ca, Na)(Mg, Fe, Al, Ti)(Si, Al)2O6、FeCr2O4、(Mg, Fe)2SiO4作為光催化CO2轉化物種；通過PXRD、TEM、BET表面積表征技術發現，月壤表現多孔分子篩結構，因此具有較高的催化活性面積。光伏-電催化分解水。通過5塊面積為6.5 cm2的Si太陽能電池（效率15 %）板供電進行電催化分解水，在2.9 V的STH太陽能制氫效率能夠達到1 %。驗證這種光伏-電催化分解水的可行性。（對比發現，同樣條件下，碳紙樣品的性能非常差）光催化CO2還原。通過UV-Vis光照射方式對溶液相條件研究光催化CO2還原性能，生成CO的速率達到6.07±1.83 μmol g-1 h-1，生成CH4的速率達到0.20±0.12 μmol g-1 h-1，產物CO的選擇性達到96.8 %。CO2加氫催化。在150 ℃模擬月球表面溫度條件考察催化CO2加氫性能，發現產物生成CH3OH和CH4，產率分別達到22.9 μmol g-1 h-1和15.2 μmol g-1 h-1，其中甲醇的選擇性達到60 %。圖2. 月壤樣品光催化性能 (A) 光伏供電-電催化分解水 (B) 光催化CO2還原 (C) 光熱催化制氫提出外太空光合催化體系。通過以上研究的催化技術結合，提出了光能量轉化技術。其中通過月球的極冷溫度（-173 ℃）能夠分離CO2，隨后通過月壤電催化分解水、光催化CO2加氫，從而將呼吸氣體轉化為O2、H2、CH4、CH3OH。Yingfang Yao et al. Extraterrestrial photosynthesis by Chang’E-5 lunar soil, Joule, 2022, DOI: 10.1016/j.joule.2022.04.011https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(22)00178-7
