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前言
近日，《催化学报》在线发表了中国科学技术大学熊宇杰教授团队在光催化与原位资源化利用（ISRU）领域的Comment文章。该工作对光催化CO2转化技术在地外空间的应用进行了讨论与展望。论文第一作者为：Jingxiang Low，论文共同通讯作者为：熊宇杰。
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背景介绍
随着人类社会对CO2排放引起的气候变化问题愈发关注，光催化CO2转化因其能模拟自然界中的光合作用受到了广泛的研究，以帮助修复自然界中已被破坏的碳循环。具体地，光催化CO2转化可以同时稳定大气中的CO2浓度并合成具有高价值的碳氢化合物燃料。近年来，随着地外空间发现了丰富的CO2和水储量，科学家提出了在地外也可以进行光催化CO2转化反应，进而在地外建立人工碳循环，为太空任务提供推进剂和生命保障。
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本文亮点
在这篇评论中，作者围绕光催化CO2转化反应在地外空间应用的可行性进行探讨，阐述光催化CO2转化的基本过程包括CO2分子的吸附与活化、半导体的激发、光生载流子的迁移以及分离与反应中间物种的稳定。同时，作者也详尽地分析了光催化CO2转化在地外应用过程中可能存在的问题，具体包括光催化剂的来源问题、地外微重力问题、地外辐射问题以及温度与温差问题。
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图文解析
图1. （a）地外人工光合作用（即光催化）农场和（b）地外人造碳循环的示意图。
要点：
对于地球上的生物来说，碳是最重要的元素之一，它不仅是所有已知生命的主要组成部分，还可以作为能源媒介（例如天然气和石油）来为地球提供能量。碳在地球上的这些作用是通过碳循环实现的，碳循环允许碳原子从大气中（以CO2和CH4等气体形式）转移到地球（以糖、淀粉等形式存在），最后再回到大气中，形成一个循环。这种化学循环的能量输入来自太阳能，植物或其他生物通过光合作用利用太阳能将CO2和H2O转化为碳基化合物和氧气。鉴于当前人类太空探索的目标（例如月球和火星）一般拥有充足的阳光辐射，且已显示出丰富的CO2和H2O储备，科学家认为可以基于光催化CO2转化模拟光合作用，在地外空间建立人工碳循环系统，为太空任务提供足够的推进剂和生命支持。
图2. （a）光催化CO2转化途径的示意图，包括：（i）反应物的吸附/活化，（ii）光催化剂的光激发，（iii）光生载流子的分离/迁移，（iv）反应中间物种的稳定与转化。（b）浮力产生的示意图，其中ρfluid、ρobject、g和V分别代表流体密度、物体密度、重力加速度和流体体积。
要点：
作者简单地概述了光催化CO2转化过程与基本原理（图2a），具体包括CO2的吸附与活化，光催化剂的激发，光生载流子的分离与迁移以及反应中间物种的稳定与转化。随后，分析与总结了一系列在地外光催化CO2转化应用过程中可能存在的问题，具体包括光催化剂的来源、地外微重力（见图2b）、太空辐射以及温度/温差问题。
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总结
1. 以光催化CO2转化为关键环节的人工碳循环有潜力为地外任务提供燃料和氧气。
2. 本工作对光催化CO2转化过程进行了概述，且分析了推进该技术发展中存在的问题。
3. 作者对地外光催化CO2转化技术的未来发展方向进行了展望。
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作者介绍
刘敬祥（Jingxiang Low），中国科学技术大学副研究员，研究方向为能源环境催化（等离子体催化、光催化、电催化、原位资源化利用等）。近年来先后主持国家重点研发计划项目（项目负责人）、基金委外国优青基金等基金项目。发表SCI论文70余篇，论文总他引21000余次。曾获得/入选IUPAC-NHU青年化学家奖、科睿唯安高被引学者名单、爱思唯尔中国高被引学者等。
课题组链接：
https://faculty.ustc.edu.cn/jxLow/zh_CN/index.htm
熊宇杰，中国科学技术大学讲席教授、博士生导师。1996年进入中国科学技术大学少年班系学习，2000年获化学物理学士学位，2004年获无机化学博士学位，师从谢毅院士。2004至2011年先后在美国华盛顿大学（西雅图）、伊利诺伊大学香槟分校、华盛顿大学圣路易斯分校工作。2011年辞去美国国家纳米技术基础设施组织的首席研究员职位，回到中国科学技术大学任教授，建立独立研究团队。2017年获国家杰出青年科学基金资助，入选英国皇家化学会会士（FRSC）。2018年获聘长江学者特聘教授，入选国家万人计划科技创新领军人才。2022年当选东盟工程与技术科学院外籍院士（FAAET(F)）、新加坡国家化学会会士（FSNIC）。现任ACS Materials Letters副主编。长期从事光电催化研究，通过发展“精准合成-多域表征-数据驱动”交叉研究范式，推动生态系统重构应用。已发表190余篇通讯作者论文（其中Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem.和Adv. Mater.共50余篇），入选科睿唯安全球高被引科学家榜单、全球前2%顶尖科学家榜单、爱思唯尔中国高被引学者榜单（引用34000余次，H指数95）。2012年获国家自然科学二等奖（第三完成人），2014-2016和2018年四次获中国科学院优秀导师奖，2015年获中美化学与化学生物学教授协会杰出教授奖，2019年获英国皇家化学会Chem Soc Rev开拓研究者讲座奖，2021年获安徽省自然科学一等奖（第一完成人）。
课题组链接：
https://faculty.ustc.edu.cn/xiongyujie/zh_CN/index.htm
文献信息：
Jingxiang Low, Chao Zhang, Ferdi Karadas, Yujie Xiong *, Chin. J. Catal., 2023, 50: 1–5
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