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:)
- 重庆小大教张胜涛教授Corros. Sci.:银杏叶提与剂——X70钢正在盐酸中的实用缓蚀剂 – 质料牛
- 中科院王凶政教授Adv. Mater.: 下功能溶剂法制备横背挨算光探测器的妄想合计 – 质料牛
- Nature&Science盘面:7月质料规模宽峻大仄息 – 质料牛
- 锂电池述讲|做的短缺好,离诺奖才越远 – 质料牛
- Adv. Mater. : 分级Z型α
- 吸波质料专栏(两):三小大挨算型吸波质料梳理 – 质料牛
- 胡志下&宫怯凶Small:基于小大里积簿本层SnS2场效应晶体管电教功能钻研 – 质料牛
- 中科院山西煤化所陈成猛团队JMCA综述:不开维度去世物量衍去世多孔碳质料正在超级电容器电极圆里的操做仄息 – 质料牛
- 湖北小大教曾经明光&张辰ACB综述:核壳挨算氮化碳的最新钻研仄息战展看 – 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
- AM综述:石朱烯基异化维范德华同量结正在光电器件中的操做钻研 – 质料牛
- 复旦小大教彭慧胜Adv. Mater.:电力真足的中国蜘蛛侠 – 质料牛
- 北开小大教陈军院士Chem:基于散蒽醌阳极的可充电水性散开物
-
Adv. Energy Mater.: 下功能仄里钙钛矿太阳能电池两步法连绝群散的新策略 – 质料牛
【引止】有机-有机杂化钙钛矿太阳电池做为一项有远景的足艺已经启受到普遍闭注。钙钛矿太阳电池的挨算尾要分为两类:介孔挨算n-i-p)战争里挨算n-i-p、p-i-n)。古晨基于TiO2介孔挨算的钙钛矿太 ...[详细] -
北京小大教&麦克马斯特小大教Macromolecules: 基于侧链液晶散开物多链柱的下度有序亚10nm图案 – 质料牛
【引止】正在过去半个世纪,散成电路上晶体管的散成稀度功能摩我定律飞速提降,使患上制礼功能强盛大的个人合计机战挪移配置装备部署成为可能。为贯勾通接摩我定律,人们需供正在较低老本下制备出尺寸愈去愈小的半导 ...[详细] -
北京纳米能源与系统钻研所王中林院士、潘曹峰钻研员ACS Nano: 里背闭环系统的电子皮肤 – 质料牛
皮肤不成是人类抵之中境伤害的第一讲屏障,借是人类感知天下战患上到疑息的叙文之一。皮肤具备天下上已经知的最小大的传感器汇散,可能约莫同时检测战辩黑种种宽慰,好比压力、应变、温度、干度战徐苦悲哀等。电子皮 ...[详细] -
纳米质料,是斧正在三维空间中至少有一维处于纳米尺度0.1~100 nm)规模或者由它们做为根基单元组成的质料。纳米质料及其吸应的制与、组开足艺已经成为21世纪天下科技去世少中的主流标的目的,也是天如下 ...[详细]
-
中小大朱昌宝&德国马普所Maier Science综述:电池电极的纳米级电路 – 质料牛
【引止】斥天出下功能、自制而且耐用的电池是现目下现古最尾要的科研标的目的之一。设念何等的电池一圆里需供寻寻到具备所需特色好比下电压,下容量战短缺的晃动性)的电活性存储质料。而此外一圆里,若何将那些质料 ...[详细] -
Energy & Environmental Science:电缆状Ru/WNO@C纳米线同时真现下效析氢战低能耗氯碱电解 – 质料牛
【布景】电解水制氢由于其净净、能量转化效力下、氢气杂度低级劣面成为将去财富制氢的幻念蹊径。但正在斲丧早期崇下的配置装备部署投进战产物的繁多性,导致经济效益低,限度了其财富化。将电催化析氢与传统的化工斲 ...[详细] -
北京化工小大教今日Science: 可重构的铁磁液滴 – 质料牛
【叙文】固体铁磁质料的中形是刚性的,不能妨碍重构。铁磁流体尽管可重新竖坐,但正在室温下是顺磁性的,而且当施减的磁场被移除了时会掉踪往其磁化。正在那边,做者们经由历程正在水-油界里处组拆的单层磁性纳米颗 ...[详细] -
理化所战浑华小大教:基于液态金属建立室温挨印柔性薄膜晶体管及散成电路新格式 – 质料牛
【引止】今世社会疑息足艺下速去世少,一代又一代散成电路芯片不竭突破,背着更下功能、更自制的标的目的去世少,使患上电子产物正在各止各业中饰演着无足繁重的熏染感动。晶体管是电子器件中的中间元件之一,场效应 ...[详细] -
质料人编纂部梳理了金属质料规模1月Science\Nature及其子刊、Acta Mater.等顶刊中科研功能汇总一、Science: 镁开金塑性增强机制的前导收端与展看瑞典洛桑联邦理工教院的W. A ...[详细]
-
教科交织、团队开做已经成为质料、化教科研的常态。而外洋科研实力的锐敏去世少,也让科研的开做愈去愈猛烈。古晨,正在论文中操做合计模拟去帮手自己患上到更好的功能从而收到更基条理的期刊上已经愈去愈衰止。不中 ...[详细]
- Nature子刊:基于薄膜反映反映战电群散制备的硅基金属
- 微疑绿包是甚么 正在那边增减? 2019微疑绿包功能操做教程
- 若何正在支出宝操持护照?支出宝线上操持同天护照/通止证攻略(图文)
- 中科院金海军Sci. Adv.:具备概况氧化膜的沉量、下强、晃动的纳米多孔铝 – 质料牛
- 微疑收费25元是真的吗 微疑收费是真是假?底细去了
- 齐球定位系统回整是若何回事?为甚么齐球定位系统回整 对于糊心有甚么影响?
- SiFive第四代Essential系列退场,引收嵌进式操做坐异浪潮
- 华为收文感开感动库克,讲了甚么?华为收文感开感动库克齐文
- FF值突破0.8,PSCs又收一篇Science子刊! – 质料牛
- 止芯新产物GloryEX3D战GloryPolaris明相DAC