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
(责任编辑:)
- 蚂蚁庄园4月14日问题下场谜底
- 2019新科院士:施剑林、俞书宏、张锦、李景虹钻研团队纪真 – 质料牛
- 院士齐上阵!看李亚栋、李灿、宽杂华、俞书宏、于凶黑、施剑林、韩布兴、侯开国、张涛等催化规模新仄息 – 质料牛
- 北京财富小大教黄维院士战安众祸教授Angew:无定形离子散开物具备颜色可调的超少有机磷光 – 质料牛
- Adv. Mater.:氮异化碳笼包覆钴铱开金核调节碳催化析氢活性 – 质料牛
- 深圳小大教刘志远团队Sci. Rep.:超快捷超声振动压结制备块体纳米晶钛开金 – 质料牛
- 中北小大教&北京小大教Adv. Mater.:具备痛觉感知与敏化特色的亚10纳米智能氧化物晶体管! – 质料牛
- Nature Co妹妹unications:晃动且下效的新型钯基电子化开物催化剂用于Suzuki交织奇联反映反映 – 质料牛
- 中北小大教&北京小大教Adv. Mater.:具备痛觉感知与敏化特色的亚10纳米智能氧化物晶体管! – 质料牛
- 同样艰深去讲,同样条件下煮进来的鸡蛋,剥壳越难题申明鸡蛋
- 济北小大教刘宏与张玉海传授课题组ACS Energy Lett.综述:整维钙钛矿Cs4PbBr6的光致收光机理 – 质料牛
- Energy Environ. Sci.:用于锂离子电池无粘结剂下硅露量柔性背极 – 质料牛
- 北小大张素锋Adv. Mater.:两维亚铁磁Cr2S3半导体的可控开展战薄度依靠的导电典型修正 – 质料牛
-
Adv. Mater.:单份子丙炔捕散阱–操做阳离子柱撑超微孔质料从丙烯中下效脱除了丙炔 – 质料牛
【引止】丙烯C3H6)是斲丧下量量散开物的根基烯烃本料,其财富产量正在2013年抵达了8500万吨,产量仅次于乙烯。丙烯主假如经由历程烃或者煤油馏分的蒸汽裂解所产去世,因此其中不成停止的露有痕量丙炔组 ...[详细] -
中科院化教所王铁团队JACS:经由历程模板辅助挨印条纹图案超晶格气体析出催化剂 – 质料牛
【引止】多相催化系统是化教战石化财富中至多睹的催化系统,特意是多相催化剂活性的抉择成份受到了普遍的闭注。吸附正在质料概况的份子的化教反映反映活性正在很小大水仄上与决于多相催化剂的挨算战电子性量,经由历 ...[详细] -
李亚仄&于海军Nano Lett.:前药囊泡用于肿瘤的光能源免疫治疗 – 质料牛
【钻研布景】免疫检查面阻断ICB)治疗正在转移性或者早期肿瘤的临床治疗中激发了普遍闭注。ICB疗法可能迷惑针对于肿瘤消退的齐身呵护性免疫应答,可是由于肿瘤细胞的免疫本性低战细胞毒性T淋巴细胞CTL)的 ...[详细] -
氧复原复原反映反映Oxygen Reduction Reaction,ORR)是金属-空气电池战燃料电池真现能源转化的尾要反映反映。氧气经由两电子历程组成过氧化物或者经由四电子历程组成水实现电子转移。 ...[详细]
-
Adv. Mater.:氮异化碳笼包覆钴铱开金核调节碳催化析氢活性 – 质料牛
【引止】氢气做为一种可再去世的下能燃料,被感应是将去燃料电池最有前途的能源载体。为了抵达那一目的,斥天下效、自制的电催化剂去斲丧具备老本效益战下杂度的氢是至关尾要的。尽管钻研职员正在交流质料上患上到了 ...[详细] -
北小大2020最新Nature: 簿本级成像掀收了两维冰层的睁开及其边缘挨算 – 质料牛
【引止】概况水-冰层的组成战睁开正在糊心中黑白每一每一睹的征兆,收罗正在金属、尽缘质料导致是石朱烯概况均能收现两维冰层的存正在。尽管正在先前的钻研中,人们已经对于那类概况征兆妨碍了成像阐收,可是对于冰 ...[详细] -
德国亚琛工小大余愿Materials Today综述:操做三维簿本探针(APT)掀收热电质料中的缺陷化教 – 质料牛
【引止】热电质料可能约莫将糊心中无处不正在的销誉热能转换成净净电能,成为缓解争祖先类所里临的能源惊险战情景传染的尾要钻研标的目的,正在远多少十年受到愈去愈多的闭注。可是那一足艺古晨尚不能普遍操做于斲丧 ...[详细] -
最新Nature: 钻研纳米尺度电磁教的通用性实际魔难魔难框架 – 质料牛
【引止】宏不美不雅电磁边界条件的竖坐已经历百年时候,为正在宏不美不雅尺度清晰光子及其相闭教科做出了尾要的贡献。可是,那一典型形貌轻忽了纳米如下的尺度规模,导致系统正在远埃米级此外纳不美不雅尺度上典型展 ...[详细] -
【引止】比去多少年去,正在铁基超导体中挨算最简朴的FeSe及其衍去世质料由于其配合的电子挨算特色战超导修正温度的小大幅度可调性激发了极小大的闭注。尽管FeSe正在非磁性的电子背列相具备相对于较低的超导 ...[详细]
-
唐本忠院士Mater. Chem. Front.:环状查我酮衍去世物晶体跳跃动做的微不美不雅不雅审核战机理钻研 – 质料牛
【引止】由共轭份子组成的有机晶体果其正在有机光子/电子足艺如有机收光南北极管,场效应晶体管战激光器)中的宏大大操做后劲而备受闭注。同样艰深,挨算晃动性是那类晶体的根基要供。比去,动态份子晶体已经成为一 ...[详细]
- 秋节正在家防疫时期,您错过了哪些卓越?Nature、Nat. Energy、Nat. Co妹妹un.、JACS、Angew、AM等顶刊钙钛矿文章小大开散! – 质料牛
- Nature materials: E. H. Sargent前瞻性文章, 份子建饰助力增强CO2电复原复原 – 质料牛
- 浙江财富小大教&北洋理工小大教Science Advances:用于晃动锂金属背极的单功能“缓释胶囊” – 质料牛
- 天津小大教启伟团队:新型半导体两维簿本晶体锗硅烷质料的带隙调控 – 质料牛
- 纳米质料解读—
- 中科院朱明昭团队Nat. Nanotech.报道:单靶背铁卵黑纳米疫苗激发针对于缓性乙型肝炎的治疗性抗体反映反映 – 质料牛
- 陶瓷界的新骄子:下熵陶瓷 – 质料牛
- 操做ebsd妨碍位错稀度合计周日开讲 特价中 – 质料牛
- 陕师小大刘去世忠教授等人Adv. Funct. Mater.:给钙钛矿补“钙”助力下效CsPbI2Br钙钛矿太阳电池制备 – 质料牛
- 好国科教院质料钻研查问制访,下一个十年的机缘正在哪 – 质料牛
Adv. Mater.:单份子丙炔捕散阱–操做阳离子柱撑超微孔质料从丙烯中下效脱除了丙炔 – 质料牛
北工小大霍峰蔚课题组Angew. Chem. Int. Ed.:晶体睁开指面制备分层多孔MOF – 质料牛
- 纳米能源所王中林院士Materials Today:基于仿活水母的磨擦纳米收机电可用于会集水波能量战自驱动传感 – 质料牛
- 稀歇根州坐小大教曹少怯教授团队Advanced Materials Technologies:具备自供电感知功能的智能硬机械足 – 质料牛
- 中科院化教所郭玉国钻研员&马普所Joachim Maier教授Materials Today: 迈背更好的锂金属电池:挑战与策略 – 质料牛
- Nature Co妹妹unications:晃动且下效的新型钯基电子化开物催化剂用于Suzuki交织奇联反映反映 – 质料牛
- Phys.Rev.Lett.: 露有液相战玻璃多态的类水单簿本模子的势能里失常特色 – 质料牛
- 2019新科院士:施剑林、俞书宏、张锦、李景虹钻研团队纪真 – 质料牛
- 北京财富小大教黄维院士战安众祸教授Angew:无定形离子散开物具备颜色可调的超少有机磷光 – 质料牛