月壤中发现富含水分子的矿物 – 材料牛
月球是月壤否存在水,一直是现富月球科学研究与资源利用的核心议题,吸引了学术界长达数十年的含水关注。历史上,矿物阿波罗任务采集的材料月壤中没有发现任何含水矿物,曾一度让科学界认为月球是月壤干燥的荒漠。直到近年来,现富一系列遥感任务在月球两极的含水永久阴影区和部分月球光照区,发现了月球水存在的矿物证据。运用高灵敏度的材料表征技术,人们陆续在部分阿波罗样品中发现了PPM(百万分之一)量级的月壤“水”(羟基OH-)。截至目前,现富返回的含水月壤中依然没有发现水分子(H2O)存在的确凿证据。分子水在月表的矿物存在形式也一直不为人知。
最近,材料中国科学院物理研究所陈小龙研究员,金士锋副研究员、博士生郝木难等与北京科技大学郭中楠副教授,天津大学殷博昊工程师,中国科学院青海盐湖所马云麒研究员等合作,在嫦娥五号带回的月球样本中,发现了月球上一种富含水分子和铵的未知矿物晶体。这一发现标志着首次在月壤中发现了分子水,同时揭示了水分子和铵在月球上的真实存在形式。
通过高精度的单晶衍射和化学分析,研究人员确定了该矿物的分子式为(NH4,K,Cs,Rb) MgCl3·6H2O,是一种水合矿物(图1)。其结构中含有多达六个结晶水,水分子在样品中的质量比高达41%(图2)。红外和拉曼光谱可以清晰的观察到水分子和铵的振动峰(图1),电荷密度分析可以分辨出水分子中的氢(图2)。该矿物的晶体结构与地球上近年来发现的一种稀有火山口矿物相同。在地球上,该类矿物是由热玄武岩与富含水和氨的火山气体相互作用形成,暗示了月球水与火山活动的紧密联系。
为了确保这一发现的准确性,研究人员进行了严格的化学和氯同位素(37Cl/35Cl)分析。纳米二次离子质谱(NanoSIMS)数据表明,该矿物的Cl同位素组成和地球矿物显著不同,其δ37Cl值高达24‰,与月球上的矿物相符(图3)。对该矿物化学成分和形成条件的分析,进一步排除了地球污染或火箭尾气作为这种水合物的来源。该六水矿物的存在对于月球火山气体的组成形成重要的约束。基于热力学分析,当时月球火山气体中水的含量下限与目前地球中最为干燥的Lengai火山相当(图4),这对于我们理解月球的演化过程具有重要意义。这些发现揭示了一个复杂的月球火山脱气历史。
这种水合矿物的发现还为我们揭示了月球上水分子可能存在的一种形式——水合盐。与易挥发的水冰不同,这种水合物在月球高维度地区(嫦娥5号采样点)非常稳定。这意味着,即使在广阔的月球阳光照射区,也可能存在这种稳定的水合盐,为月球资源的利用和探索提供了更为广阔的前景。月球表面水合矿物的发现标志着对月球水和铵研究的重大突破,也为未来月球资源的开发和利用提供了新的可能性。
相关成果以Evidence of a hydrated mineral enriched in water and ammonium molecules in the Chang'e-5 lunar sample 在线发表于 Nature Astronomy 2024,详细内容参见链接 https://doi.org/10.1038/s41550-024-02306-8,金士锋副研究员和郝木难为共同第一作者,陈小龙研究员为通讯作者。探月与航天工程中心为该研究提供了月壤样品(CE5C0400),该研究得到了中科院重点部署项目(ZDBS-SSW-JSC007-2),中科院网信专项(CAS-WX2021SF-0102)等项目的资助。
图1. ULM-1的照片和成分组成。a. CE5土壤样本的照片,b.ULM-1单晶照片,c. EDS光谱,d. EPMA光谱,e.拉曼光谱,f. IR光谱。
图2.ULM-1的晶体结构和电荷密度。
图3.不同地球和地外行星物质中氯同位素的分布。
图4.ULM-1结晶对月球火山气体中水逸度的限制。
封面图
下一篇:陕师小大刘去世忠传授课题组Appl. Mater. Interfaces. :高温深入情景制备晃动下效的有机CsPbBr3/CsPb2Br5钙钛矿太阳能电池 – 质料牛
相关文章:
- 苏州小大教黄小青Nano Energy:钴钼纳米片阵列做为下效且晃动的电极催化剂,用于总体水份化 – 质料牛
- Macromolecules:喷香香豆素端基两散迷惑的光敏远爪群散下份子正在水溶液中的颇为瞬态汇散战流变更做 – 质料牛
- 中科院小大连化物所张涛院士Nature Energy:簿天职辩Ni(I)做为CO2复原复原反映反映的活性位面 – 质料牛
- 华中科小大翟天助 ǀ Adv. Mater.:散下探测锐敏度战光吸应度于一身的隧脱南北极管 – 质料牛
- 喷香香港皆市小大教朱剑豪团队Adv. Mater.:可用于室温的VO2/TiN等离子体热变色智能涂层 – 质料牛
- 凶小大杨柏Angew. Chem. Int. Ed:设念一类具备室温磷光性量的散开物碳面 – 质料牛
- 凶小大杨柏Angew. Chem. Int. Ed:设念一类具备室温磷光性量的散开物碳面 – 质料牛
- 中国的专士称吸是一个特权的象征战声誉的光环 – 质料牛
- 蚂蚁庄园4月14日问题下场谜底
- 张跃钢&刘好男Adv. Energy Mater.:基于同轴纤维的齐固态非对于称超级电容器抵达与微型电池相媲好的能量稀度 – 质料牛
相关推荐:
- 天津小大教Adv. Energy Mater.:本位睁开超薄Co3O4/碳布一体化电极提降柔性锌空电池功能 – 质料牛
- Adv.Funct.Mater.:经由历程相场模子深入体味尖晶石Li4Ti5O12电极的最佳功能 – 质料牛
- #绘图教程专栏#不会绘份子晶体挨算模子?看了那篇教程便会了! – 质料牛
- 重磅AEM综述: 一文尽览乌磷烯正在能源转换战存储上的操做 – 质料牛
- 唐本忠院士团队Adv. Funct. Mater.:苝两酰亚胺替换的三苯乙烯有机收光质料及其功能钻研 – 质料牛
- 吸波质料专栏(三):不中期的传统收受剂—羰基铁粉 – 质料牛
- Angew. Chem. Int. Ed. VIP:重构两元金属硫化物能带挨算去分解具备下功能,环保战下老本效益的热电质料Bi13S18I2 – 质料牛
- 正在份子载体上操做纳米金颗粒超下效往除了CO – 质料牛
- 选刊攻略视频去了!晶体、有机非标的目的 – 质料牛
- 梳理:过去一年焊接规模宽峻大钻研突破 – 质料牛
- 蚂蚁庄园4月14日问题下场谜底
- 唐本忠院士团队Adv. Funct. Mater.:苝两酰亚胺替换的三苯乙烯有机收光质料及其功能钻研 – 质料牛
- 哥小大杨远Adv.Mater.专访: 新功能让咱们离柔性锂电池更远一步 – 质料牛
- 北京纳米能源所Nano Energy:压电光电子教效应后退抗菌战悲痛愈开 – 质料牛
- 今日Nature:光催化碳炔远似物的天去世及功能化 – 质料牛
- 唐本忠院士团队Adv. Funct. Mater.:苝两酰亚胺替换的三苯乙烯有机收光质料及其功能钻研 – 质料牛
- 天下上尾个可推伸水性锂离子电池——可脱着配置装备部署的能源之源 – 质料牛
- Acta Mater.:HNO3氧化FeSiAl硬磁复开物的隐微挨算、睁开机制与磁教功能间的关连 – 质料牛
- 哥小大杨远Adv.Mater.专访: 新功能让咱们离柔性锂电池更远一步 – 质料牛
- 金属质料前沿钻研功能细选【第1期】 – 质料牛
- 深圳小大教Journal of Power Sources:喷雾干燥法制备液态散丙烯腈异化的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2用做锂离子电极质料 – 质料牛
- 马里兰小大教胡良兵&NASA林奕:开, 闭之间真现石朱烯质料的下功能组拆 – 质料牛
- 【足艺专栏】尺寸统计硬件Nano measurer详细操做教程(附下载链接) – 质料牛
- 北开卜隐战&常泽Adv. Mater. : 基于晶体主
- 小大牛速览:质料科教规模那些开了挂的年迈人 – 质料牛
- 浑华小大教刘锴、李晓雁&西安交小大张磊ACS Nano:MoS2汇散状褶皱动态转达的本位魔难魔难不雅审核与实际模拟钻研 – 质料牛
- 甚么样的三维挨印才气收影响果子20以上的杂志 – 质料牛
- PRL刊登浙江小大教交织力教地方正不才强下韧HCP下熵开金钻研功能 – 质料牛
- 今日Science爆料最新多相界里钻研:多元纳米粒子的界里战同量挨算设念 – 质料牛
- 天津小大教JACS:概况羟基对于电化教CO2复原回回素性战晃动性的闭头熏染感动 – 质料牛