火星上也能有氧气？
移民火星是人类的梦想，但在火星上，不论是出行还是居住都需要大量氧气。
科研人员研制的人工智能机器人，可以对火星上的各种矿物进行分析，找到合适的成分，合成催化剂；再利用火星风化层(地表经各种风化作用形成的疏松堆积层)中的水，生产氧气。
人工智能机器人通过学习化学文献，掌握相关理论知识，再和工作站的其他“成员”协同完成催化剂配方的设计。
火星上的金属元素十分丰富，主要为铁、锰、铝、钙、镁等，催化剂的组合方式有近400万种，人工验证、筛选需要约2000年。
而人工智能机器人在6周内，就能分析出矿物的化学成分，并提供催化剂的最佳配方。
阳光照射到人工智能机器人的太阳能电池板上后，光能就被转化为电能。
人工智能机器人先用矿石中的多种金属材料合成催化剂，然后将风化层中的水资源电离，形成氢氧根离子，再将氢氧根离子与催化剂结合，经过一步步分解、结合，最终合成氧气。
它可以在火星上的恶劣条件下工作近6天，稳定生产氧气。
不仅是火星，未来，人工智能机器人会在其他天体上“遍地开花”。
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责任编辑｜赵青云
运营编辑｜赵青云
质量审核 | 李雅欣 原飞燕
图片来源 |《知识就是力量》杂志
，原文《在火星上开出氧气之“花”》，作者/田蓉、魏欣(中南大学）原文有删改，作品转载请注明来源。
复合氧化物：概念、结构与应用
复合氧化物是由氧元素与两种或两种以上其他金属元素结合而形成的氧化物材料。与单一金属氧化物相比，复合氧化物通常展现出更优异的物理化学性能，如更高的热稳定性、化学稳定性以及更为丰富的电学、磁学与催化活性，因此在现代材料科学与工业应用中占据着举足轻重的地位。
一、什么是复合氧化物 从化学定义来看，复合氧化物是指由氧与两种或两种以上其他元素结合形成的氧化物。
它既包括不同金属元素与氧结合形成的多元氧化物（如尖晶石型MgAl₂O₄、钙钛矿型CaTiO₃），也包括同一种金属以不同氧化态共存形成的混合价态氧化物（如Fe₃O₄、Pb₃O₄）。
关键在于，复合氧化物的结构中不存在独立的含氧酸根离子。
其基本结构特征是氧离子（O²⁻）以密堆积方式排列，金属阳离子则根据离子半径的大小填充在氧离子构成的空隙中。
这种结构特点使复合氧化物在晶体化学上区别于普通的含氧酸盐。
二、常见的复合氧化物结构类型 1. 尖晶石型复合氧化物 尖晶石型结构是复合氧化物中最为常见的结构类型之一，通式为AB₂O₄，其中A位通常为二价金属离子，B位为三价金属离子。
典型代表包括MgAl₂O₄（镁铝尖晶石）、MnFe₂O₄（锰铁尖晶石）等。
值得特别关注的是Fe₃O₄，它属于反式尖晶石型结构，在同一晶体中同时存在Fe²⁺和Fe³⁺，是混合价态氧化物的经典范例。
2. 钙钛矿型复合氧化物 钙钛矿型复合氧化物（通式ABO₃）是另一类极为重要的复合氧化物材料。
在这类结构中，A位通常为半径较大的碱土或稀土金属离子，B位为过渡金属离子。
A²⁺和O²⁻共同构成近似立方密堆积结构，B位离子则占据氧八面体的中心位置。
钙钛矿结构具有极高的灵活性——A位和B位金属离子均可被其他离子部分或完全取代，从而形成阴离子缺陷或引入变价离子，进而调控材料的催化活性、电输运性能和磁学性质。
典型代表有CaTiO₃、BaTiO₃、LaFeO₃、SrZrO₃、LiNbO₃等。
3. 其他结构类型 除尖晶石和钙钛矿外，复合氧化物还包括钛铁矿型结构（如FeTiO₃）、以及Pb₃O₄这种由Pb(IV)和Pb(II)与O²⁻以不同方式结合而成的三维网格结构。
4. 过渡金属复合氧化物 过渡金属复合氧化物是由两种或两种以上过渡金属氧化物复合形成的多元复杂氧化物，这类材料常为强关联电子体系，具有丰富的物理性质，如Mott转变、自旋极化、巨磁阻效应乃至高温超导等。
这些性质与过渡金属离子和氧离子的配位结构及d电子组态密切相关。
近年来，研究者通过低热还原技术调控氧空位浓度，可在维持主体结构的前提下实现材料物性的显著变化——例如MgFe₂O₄₋δ在引入高浓度氧空位后可从介电体转变为导电体，展现出独特的物性调控能力。
三、复合氧化物的制备方法 复合氧化物的制备方法丰富多样，常用的工艺路线包括： 溶胶-凝胶法：以金属醇盐或无机盐为前驱体，经过水解、缩合形成溶胶，再经老化、干燥和热处理得到目标产物。
该方法广泛用于制备钙钛矿型薄膜和纳米材料。
共沉淀法：将多种金属盐溶液混合后加入沉淀剂，使各金属离子同时沉淀，再经洗涤、干燥和煅烧得到复合氧化物。
此法工艺简单、成本较低，适用于催化剂的大规模制备。
水热合成法：在密闭反应器中利用高温高压水溶液环境进行晶体生长，可精确调控产物的物相、形貌与粒径。
柠檬酸盐法：利用柠檬酸与金属离子形成稳定络合物，经蒸发、干燥和热处理制备高均匀性的复合氧化物纳米粉体。
水滑石前体法：先制备层状水滑石前驱体，再通过煅烧获得高分散的多金属复合氧化物，广泛应用于催化及电极材料领域。
喷雾干燥法：将金属盐溶液雾化后快速干燥，再经热处理得到复合氧化物粉体，适合工业化连续生产。
四、复合氧化物的应用领域 由于复合氧化物在结构上的多样性和可设计性，其应用几乎覆盖了现代材料科学的各个重要方向： 1. 催化领域 复合氧化物是催化科学的重要基石。
钙钛矿型复合氧化物在二氧化碳还原、甲烷活化等方面展现出广阔的应用前景；钒锰复合氧化物在脱硝反应中遵循Eley-Rideal机理，表现出高效的NOx脱除能力；铁-铜复合氧化物可高效催化Baeyer-Villiger氧化反应，转化率高达99.9%；ZnO-ZrO₂复合氧化物在CO₂加氢制甲醇中表现优异；锌铬复合氧化物（ZnCrOx）则可用于CO₂催化加氢制取高值化学品。
铈基复合氧化物脱硝催化剂更是获得了技术发明奖一等奖的殊荣。
2. 能源存储与转换 在能源领域，复合氧化物广泛用于固体氧化物燃料电池的电极材料、锂离子电池的层状正极材料（如LiNi₀.₅Co₀.₂Mn₀.₃O₂）、超级电容器及钾离子电池的电极材料。
通过合理设计过渡金属种类与比例，可显著优化电极材料的电化学性能与循环稳定性。
3. 环保领域 复合氧化物在柴油机尾气处理、氮氧化物分解、CO氧化等环境催化反应中均表现出优异性能，是大气污染治理的重要材料支撑。
4. 电子与磁学领域 复合氧化物具有良好的光学、电学、磁学性能，是重要的激光材料、热释电材料、压电材料和强磁性材料。
钙钛矿异质界面（如LaAlO₃/SrTiO₃界面）甚至可形成高迁移率二维电子气，为氧化物电子学提供了全新平台。
在磁学应用方面，SrFe₁₋ₓMoₓO₂₊δ中层间填隙氧原子可实现磁结构的有效调控。
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日本发射火星卫星探测器 预计2031年返回地球
10月20日凌晨，日本航天探测器发射升空，将前往火星的卫星“火卫一”进行详细观测，并采样返回地球。如果任务成功，这将是人类首次从火星及其卫星采集样本并带回地球进行实验室分析。
该项目名为“火星卫星探测”（MMX）的任务，由日本宇宙航空研究开发机构主导，探测器预计将于2027年8月抵达火卫一。
科学家希望借助该项任务，解开火星两颗卫星的形成之谜。
英国自然历史博物馆教授萨拉·拉奎尔是MMX任务样本分析团队的副负责人。
她表示，此前还没有任何航天项目成功从火卫一采集样本并将其带回地球。
“我认为，这是一项极具野心且充满乐趣的任务。
” 太阳系内侧只有三颗天然卫星：地球的卫星月球，以及火星的两颗卫星：火卫一和火卫二。
火星卫星的体积都很小，火卫一的直径约为20公里，火卫二的直径约为10公里。
外形也不规则，看起来有些像太空土豆。
MMX探测器将先对火卫二进行观测，随后把重点转向火卫一。
任务团队计划先投放一辆小型探测车来勘察地形，但这并非易事。
拉奎尔解释说，此前人类从未在体积如此小的卫星上成功部署探测车。
“火卫一自身的引力非常微弱，它紧邻引力强大的火星，火星的引力会增加探测车着陆的难度。
”她解释说。
完成地形勘察后，MMX探测器将确定在火卫一上着陆的地点，再利用机械臂和两套采样装置进行取样。
这些样本将被装入一个小型太空舱，该太空舱预计于2031年返回地球，降落在澳大利亚南部的伍默拉沙漠。
此次任务计划带回的样本总量仅10克。
“样本量实际上很小。
”英国莱斯特大学研究人员克里萨·阿夫德利杜称，“但即使是只有一颗微粒，也足以开展多项研究。
科学家不需要带回数公斤的材料才能进行科学分析，因此取得的每一克样本都物有所值。
” 科学家希望，这些样本能够最终解开火星两颗卫星的起源之谜。
学界目前主要存在两种假说。
一种观点认为，在火星形成初期，一颗小行星或其他天体撞击了火星，撞击产生的碎片最终形成了火卫一和火卫二。
另一种观点则认为，这两颗卫星原本来自太阳系外围的游荡小行星，后来被火星的引力捕获。
“当我们拿到样本后，我们将详细分析其化学成分和矿物组成，再将假设对应的样本特征存在明显差异。
”拉奎尔并表示，“应该很快就能判断……哪一种假说更符合实际情况。
我们很快就会得出结论。
” 研究团队还期待，这次任务能够带来一个额外的惊喜：样本中可能包含来自火星本身的物质。
“令人感到十分兴奋的是，火卫一距离火星表面非常近，当其他天体撞击火星时，撞击产生的部分微小颗粒可能会飞溅出来，并随着落在火卫一上。
”拉奎尔指出，“这意味着探测器采集的样本中可能不仅有火卫一自身的物质，还包含来自火星的颗粒。
这将为研究火星的物质组成和演化历史提供直接证据。
” 将火星物质带回地球，一直是行星科学领域的重要目标。
美国国家航空航天局（NASA）的“毅力号”火星车自2021年以来一直在火星表面开展探测，并将采集到的样本封存在专用容器中。
然而，由于美国会停止拨款，原计划由美国国家航空航天局和欧洲航天局联合实施的火星样本取回任务最终被取消。
与此同时，中国也正计划开展火星采样返回任务，航天器预计于2028年发射，力争在2031年将火星样本带回地球。
事实上，地球上已经存在一些来自火星的物质，它们以火星陨石的形式留存下来。
这些陨石原本属于火星，在小行星等天体撞击火星时被抛射到太空，随后飞向地球。
不过，火星陨石十分稀少，而且一旦抵达地球，就会受到地球环境的污染，与空气、尘埃、土壤和水发生接触。
因此科学家非常希望能获取到直接从火星及其卫星表面采集的样本，因为这些样本可以最大限度地保留其原始状态。
（本文来自张朝阳的英语课，更多国际新闻，欢迎关注搜狐视频关注流张朝阳的英语课）
