图1: (a) SC-071D、SC-080和CE-5月球土壤模拟物的照片；(b) 月球土壤模拟物的XRD图谱；(c-d) 月球土壤模拟物(c)和所含矿物组分(d)的LSV曲线；(e-g) 辉石的XRD图谱(e)、HRTEM图像(f)和EDS元素分布图(g)
分析结果: 月球土壤模拟物的组成和粒径分布与典型阿波罗样品匹配。电化学测试表明，SC-071D模拟物具有较低的HER过电位(712.5 mV @ 10 mA cm⁻²)。在筛选的矿物组分中，辉石表现出最优的催化活性(641.5 mV @ 10 mA cm⁻²)。HRTEM图像显示清晰的晶格条纹，面间距为0.294 nm，与辉石的(310)晶面一致。EDS mapping显示元素分布均匀。
图2: (a) 使用超快焦耳加热方法烧结月球土壤矿物的示意图；(b) 过程中的温度、施加电流和电压；(c) 焦耳加热系统的光学图像；(d) 辉石和辉石-JX的XRD图谱；(e) 辉石-J2000的HRTEM图像，插图为快速傅里叶变换图案；(f) 辉石-J2000的Ca、Mg、Fe、Ti、Al、Si和O元素EDS mapping图像
分析结果: 超快焦耳加热方法利用毫秒级电流脉冲实现快速加热和淬火。随着烧结温度升高，辉石的结晶度显著降低，在2000°C时完全转变为非晶基质。HRTEM和FFT分析证实了非晶结构的形成。EDS mapping显示元素分布均匀，表明形成了均匀的非晶基质。这种非晶转变是由于快速加热和淬火过程中原子被"冻结"在液态时的位置，无法结晶成核所致。
图3: (a-b) 辉石-J2000的Ti 2p (a)和Fe 2p (b)高分辨率XPS光谱；(c-d) 辉石和辉石-JX在0.5 M H₂SO₄中的LSV极化曲线(c)和相应的塔菲尔图(d)；(e) 辉石和辉石-JX在10 mA cm⁻²电流密度下的过电位和塔菲尔斜率比较；(f) 辉石和辉石-JX的奈奎斯特图，插图为等效电路图；(g) 经2000°C焦耳加热冲击后月球土壤模拟物的LSV极化曲线；(h) CE-5月球土壤模拟物-J2000在10 mA cm⁻²电流密度下的稳定性测量
分析结果: XPS分析表明，烧结后Ti和Fe的结合能发生负移，Ti 2p光谱在458.48 eV处出现Ti-O-Fe²⁺特征峰，Fe 2p光谱中出现Fe²⁺峰，表明形成了新的化学键和价态降低。电化学测试显示，随着烧结温度升高，HER性能显著改善，辉石-J2000表现出最低的过电位(389.0 mV @ 10 mA cm⁻²)和塔菲尔斜率(106.8 mV dec⁻¹)。EIS分析表明烧结样品具有更低的电荷转移电阻。直接烧结的月球土壤模拟物也表现出相似的HER性能，且CE-5模拟物-J2000在150小时稳定性测试中保持良好性能。
图4: (a) 电解槽堆中水电解示意图，由光伏电池驱动；(b) 使用CE-5月球土壤模拟物-J2000作为催化剂的太阳能驱动水电解堆照片；(c) 光伏和电催化J-V行为；(d) 光伏电池驱动的电化学系统稳定生产氢气和氧气的演示
分析结果: 组装了使用烧结CE-5月球土壤模拟物作为催化剂的电解槽堆，并采用光伏电池收集太阳能为电解模块供电。在合肥晴朗天气条件下(68 mW cm⁻²)，光伏电池的开路电压为23.40 V，短路电流为1.10 A。集成系统在约5.18 V电压和约1.08 A电流下实现了稳定的氢气(∼7.54 mL/min)和氧气(∼3.77 mL/min)生产，展示了该系统在外太空原位资源利用中的高度实用性。