2014年，NASA的火星车在火星的岩石内发现了锰氧化物。通过分析这些成分，科学家们普遍认为，数十亿年之前，火星曾是一个富含氧气的星球。

近日，中国科学技术大学（以下简称中国科大）教授罗毅、江俊和副教授尚伟伟团队与中国深空探测实验室研究员张哲等合作，通过前期研制的机器化学家“小来”平台，利用火星陨石制备出实用的产氧催化剂，“生产”出氧气。

这是使用火星原料制备出的第一个产氧催化剂。此次研究不仅验证了人工智能技术创制新材料的超强能力，还向火星移民、星际探索等迈出了非常重要的一步。

1、火星曾是一个富含氧气的星球

2014年，NASA的火星车在火星的岩石内发现了锰氧化物。通过分析这些成分，科学家们普遍认为，数十亿年之前，火星曾是一个富含氧气的星球。

根据地球上的地理记录，这些含有锰氧化物的岩石，只有在水分和氧气都十分充足的条件下才能形成。科学家们据此推断，火星上曾经也有过一段时期，这时的火星表面富含水分和氧气，是生物的乐园。只是后来因为一些复杂的原因，火星从原来的乐园，变成了现在的红色沙漠。

但是，最近的一项研究推翻了这种观点。火星，可能从来都不是乐园！

在实验室里，科学家们建立了火星表面的动态模型。他们惊奇地发现，在模拟出的火星环境下，即使没有氧气，含有锰氧化物的岩石也可以通过火星大气中的二氧化碳产生。这对火星上地质化学的传统理论提出了挑战。火星上的矿石并不是和氧气有紧密的联系。

科学家们敏锐的发现，与地球相比，火星上的卤素元素（例如氯和溴等）含量严重超标，这可能就是让锰元素被氧化的关键原因。

随后，科学家们在实验中加入了大量的氯酸盐和溴酸盐，重新进行了实验。在实验中，科学家们发现，卤素能够溶解在水中的锰转化为氧化锰矿物，而这种转化的速度，是氧气的数千至数百万倍。此外，在火星表面的弱酸性环境下，溴酸盐可以更快地生成氧化锰矿物，而氧气则完全不能。

“这个实验告诉我们，氧气并不是氧化反应中必须的。”科学家说，“火星上还有很多和地球不同的环境，比如高浓度的二氧化碳，和强烈的紫外线。这些都可能是形成锰氧化物矿石的原因之一。我们的实验也只是提供了很多解释。”

这项研究一经发表，立刻引起了NASA和欧洲航天局的关注。研究颠覆了对早期火星宜居性的基本解释。但同时，NASA的科学家也解释称，没有氧气并颁不等于没有生命。即使在地球上，不需要氧气也能存活的生命也有很多。比如在地球上的大盐湖和死海中生长的嗜盐细菌，也可能在火星上生存。

2、“就地取材”制出催化剂

水、氧气是人类赖以生存的重要物质基础。科学家发现，火星上存在水资源，但没有氧气。

在地球上，通过电催化析氧反应，以水为原料，科研人员成功制备出了氧气。那么，在火星上是否也可以实现这一目标？由于目前人类无法在火星环境下长期生存，因此无法“就地取材”在火星上制备产氧催化剂。

人工智能机器人为此提供了一个完美的解决方案。

2022年9月，中国科大机器化学家“小来”系统接到一项特殊任务——用火星陨石中的一些成分制备催化剂。

“实验中的陨石都真正来自火星。”论文第一作者、中国科大副研究员朱青介绍，火星陨石里包含铁、锰、镍、钙、镁、铝等元素，这些金属元素都是合成催化剂的必要成分。

“小来”利用自身装载的激光诱导击穿光谱设备，对火星陨石进行了详细的矿物分析，发现其中有很多种金属适合作为产氧催化剂的有效成分。接下来，它通过强酸浸渍将矿物全部溶解，提炼出里面的金属组分；然后，加碱沉淀得到一个含多金属的氢氧化物；最后，以氢氧化物作为阳极催化剂，参与火星卤水的电解反应，从而制备出氧气。

论文共同通讯作者江俊表示：“该工作成功展示了在地外星系上因地制宜创制化学品的智能化全流程，为未来地外文明探索提供了新的技术手段，为我国在月球、火星空间站上实现星际资源的原位综合利用提供了独特方案。”

在该研究中，研究团队最大程度模拟了火星环境下的催化效果。在300立方米的空间站顶部铺满火星陨石催化剂，利用太阳光发电驱动电解水反应，15个小时后室内的氧气浓度即可达到人类生存所需的指标。

“未来，人类可以在火星上建立一个个产氧小工厂，在其屋顶铺满‘小来’制备的产氧催化剂，经过反应，就能得到氧气。” 江俊说。

“下一步，我们计划为机器人配备更多的传感器和光谱设备，使其拥有探测感知和预测化学物质微观演化的能力，以更好适应不同的化学场景。”江俊说。此外，他们还计划建立一个有数百个机器人和数千个工作站的大型机器化学家实验室。这样一来，不仅能覆盖更广泛的科学研究领域，让更多科研人员参与和智能化学相关的研究，还能产生高质量、高通量的科学数据，助力建立跨学科、跨领域的通用科学智能模型。