唱響新時代的“黃河謠”
——記西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授盧小泉

張方方 蔡巧玉

盧小泉

7月盛夏，一道喜訊傳到蘭州，由西北師范大學(xué)（以下簡稱“西北師大”）獨立完成的“基于光能驅(qū)動界面策略的黃河水中典型污染物的檢測和治理”項目，榮獲2022年度教育部高等學(xué)?？茖W(xué)研究優(yōu)秀成果獎自然科學(xué)獎二等獎。項目主持人是西北師大化學(xué)化工學(xué)院教授、“高原交匯區(qū)水資源安全與水環(huán)境保護”教育部重點實驗室主任盧小泉。

“黃河從青藏高原奔流而下，穿過整座蘭州城。我們發(fā)現(xiàn)黃河中攜帶的氮、磷元素萬一超標(biāo)了，也有可能會造成水體污染。它們在黃河中是如何遷移、如何沉降的，都是很重要的問題，完全可以通過我們的專業(yè)研究去搞清楚?！北R小泉介紹說。

1997年從中山大學(xué)博士畢業(yè)回到蘭州后，盧小泉就扎根在了這片土地上。對這座被譽為“黃河明珠”的城市，他有著很深的感情。利用可視化快檢、熒光傳感、電化學(xué)發(fā)光等技術(shù)，識別和檢測甘肅省黃河流域的典型污染物，從而開發(fā)出基于光能驅(qū)動界面策略，為科學(xué)防治黃河水污染提供新策略和新方法，是盧小泉團隊傾心唱響的“黃河謠”。

從“一個分子”到“一套技術(shù)”

“近30年來，我基本就做了‘一個分子’?！北R小泉說。

這里的“一個分子”，指的是“卟啉”。它被譽為生命色素，例如血紅素是含鐵的卟啉化合物，葉綠素是含鎂的卟啉化合物，維生素B12是含鈷的卟啉化合物。人們相信卟啉在能量轉(zhuǎn)移方面有著優(yōu)異的作用，這令它在高分子材料、化學(xué)催化、電致發(fā)光材料、分子靶向藥物等領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用前景，這也是盧小泉關(guān)注卟啉分子的重要原因。

在盧小泉的記憶中，西北師大的前輩科學(xué)家早在20世紀(jì)80年代初就在國內(nèi)較早展開了稀土元素分析化學(xué)研究。當(dāng)時，盧小泉已經(jīng)完成了講師團下鄉(xiāng)任務(wù)，正式回到西北師大，邊工作邊考研。“在老先生們的指導(dǎo)下，我打下了很好的化學(xué)理論基礎(chǔ)。后來，學(xué)校還送我到長春應(yīng)用化學(xué)研究所，那里有當(dāng)時世界上為數(shù)不多的先進電化學(xué)實驗室，他們的技術(shù)裝備和成果都是非常前沿的。那時不像現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)這么發(fā)達(dá)，我們在蘭州想要查閱現(xiàn)刊資料非常難，甚至需要去北京才可以，但長春很多資料都是現(xiàn)刊，我們能更快地接收到一手資料。”說起往事，盧小泉的聲音都輕快了不少，仿佛又回到青蔥歲月，成了那個爭分奪秒汲取知識的青年。

1994年，盧小泉前往中山大學(xué)攻讀博士學(xué)位，從事化學(xué)計量分析。為了做好這項工作，他特意去旁聽了中山大學(xué)數(shù)學(xué)研究所的博士課程，又和計算數(shù)學(xué)方向的學(xué)生學(xué)習(xí)計算機編程。直到現(xiàn)在，想起那段時光，他都忍不住嘆一句“真是費了九牛二虎之力”?！暗褪且驗橛辛诉@些成長經(jīng)歷，得到了很多老先生的指點，才有了我今天這一點點成績?！?/p>

1997年，盧小泉回到西北師大，正式開展起電分析化學(xué)研究?！拔也殚唵畏肿幼越M裝方面的資料，發(fā)現(xiàn)研究卟啉的文章特別少，就想能不能從這里著手去探索一下。”盧小泉沒有想到，這靈光一閃，就讓他在卟啉電化學(xué)上耕耘了近30年；厚積薄發(fā)，相關(guān)成果也走向了國際前沿舞臺。

作為國際上率先系統(tǒng)研究卟啉分子電化學(xué)性質(zhì)的學(xué)者之一，盧小泉針對水體新型污染物的檢測與監(jiān)測分析，建立了一系列基于卟啉化合物的電化學(xué)、熒光、電致發(fā)光、比色等傳感策略。近年來，他和團隊通過對卟啉類雜環(huán)化合物進行分子層面修飾，顯著提升了這類物質(zhì)的光致發(fā)光和電化學(xué)發(fā)光性能，提出了“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”和“解聚誘導(dǎo)發(fā)光”等全新的概念；解決了困擾有機發(fā)光體的“難溶于水”和“聚集發(fā)光淬滅”等嚴(yán)重問題，實現(xiàn)了一些難溶有機發(fā)光物質(zhì)在水相中對一些污染物的高靈敏檢測，相關(guān)研究發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》等國內(nèi)外期刊上。2023年6月，盧小泉撰寫的《卟啉化學(xué)》也由科學(xué)出版社順利出版。這部專著對卟啉化學(xué)相關(guān)成果進行了系統(tǒng)總結(jié)和整理，為領(lǐng)域內(nèi)科技人員提供了重要參考。

“卟啉分子最大的亮點就是跟光有關(guān)系，所以我們才在電化學(xué)領(lǐng)域較早地把光引到掃描電化學(xué)顯微鏡下去研究界面反應(yīng)動力學(xué)。這就跟科學(xué)儀器搭上邊了。”盧小泉說。

工欲善其事，必先利其器?？茖W(xué)儀器被稱作科學(xué)家“窺視世界原始信息數(shù)據(jù)源頭的眼睛”。在當(dāng)代科學(xué)研究中，誰擁有先進的儀器，誰就掌握了探索和發(fā)展的主動權(quán)。但一個不得不面對的現(xiàn)實是，我國基礎(chǔ)研究領(lǐng)域所需要的高端精密儀器過度依賴進口。有一次，在跟一位前輩學(xué)者交流時，盧小泉聽到他憂心忡忡地說：“如果別人從外面把我們進口高端精密儀器的門給關(guān)了，我們到底能不能拿出預(yù)備方案呢？”盧小泉極受觸動。早在讀研期間，他就體會過設(shè)備缺失的煩惱。而在多年的研究經(jīng)歷中，他也發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)表征方法無法滿足對材料微納界面上光電化學(xué)反應(yīng)、電荷轉(zhuǎn)移等多過程、多參數(shù)的研究需求，而我國在這方面存在空白。

為了推動對光電化學(xué)微區(qū)原位表征新儀器的設(shè)計與研制，盧小泉團隊在國內(nèi)率先搭建了光響應(yīng)的掃描光電化學(xué)顯微鏡（SPECM），實現(xiàn)了對電荷轉(zhuǎn)移和表面結(jié)構(gòu)變化的原位、高效分析，成果達(dá)到世界先進水平并取得多項自主知識產(chǎn)權(quán)。2021年，盧小泉主持申報的“微納界面光電化學(xué)掃描顯微鏡系統(tǒng)的研制與應(yīng)用”獲批國家自然科學(xué)基金委重大科研儀器研制項目，資助經(jīng)費達(dá)600余萬元。這一項目被認(rèn)為有助于提升我國在高精尖儀器研發(fā)領(lǐng)域中的原始創(chuàng)新能力。這也是他和團隊第四次獲得國家重點/重大科研儀器研制項目的支持。

團隊討論問題

“這一套技術(shù)的相關(guān)成果已經(jīng)取得了多項自主知識產(chǎn)權(quán)，并在一些合作高校院所進行了推廣應(yīng)用?！睂ΡR小泉來說，這是一個好的開始?！拔覀儽仨氂凶约旱膬x器！”他強調(diào)道。

讓黃河成為幸福河

黃河寧，天下平。自古以來，黃河治理就是安民興邦的大事。2019年8月，習(xí)近平總書記在蘭州市黃河治理蘭鐵泵站項目點視察時指出，甘肅是黃河流域重要的水源涵養(yǎng)區(qū)和補給區(qū)，要首先擔(dān)負(fù)起黃河上游生態(tài)修復(fù)、水土保持和污染防治的重任，蘭州要在保持黃河水體健康方面先發(fā)力、帶好頭。

要“先發(fā)力、帶好頭”，就要先清楚問題所在。黃河上游甘肅段處青藏高原、黃土高原、內(nèi)蒙古高原三大高原交匯處，水系資源多樣、礦產(chǎn)種類豐富、沿河流域石油化工有色冶煉企業(yè)數(shù)量眾多。如何在兼顧資源持續(xù)有效利用和環(huán)境治理與保護的同時，促進資源和環(huán)境的協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展，對于進一步促進科技發(fā)展，提高科技創(chuàng)新能力具有重大意義。

西北師范大學(xué)就坐落在黃河之畔，這種先天地理優(yōu)勢，讓盧小泉更堅定地認(rèn)為，他和團隊有責(zé)任為黃河水體健康出一份力。而經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展，他們從硬件設(shè)備到技術(shù)儲備等都有了深厚的積淀，更有力量運用自己搭建的技術(shù)去攻克相關(guān)問題。

作為率先參與研究黃河上游流域甘肅段水污染成因分析及防治對策的學(xué)者，盧小泉帶領(lǐng)團隊長期致力于環(huán)境污染物檢測、監(jiān)測新方法研究。針對目前黃河水中存在且危害極大的一些污染物如重金屬離子、多環(huán)芳烴、農(nóng)藥抗生素、微塑料等有機物，他們搭建了實時在線檢測平臺，構(gòu)建了一系列明確目標(biāo)導(dǎo)向的超高靈敏的化學(xué)或生物傳感器，實現(xiàn)了對傳統(tǒng)或新型污染物的簡單、快速、高靈敏度的檢測。

“雙碳背景下的污染物綠色降解技術(shù)”，也是盧小泉團隊的特色研究方向。“光催化半導(dǎo)體產(chǎn)生的光生電荷可以有效降解水中持久性有機污染物?！彼f。在甘肅這樣一個光能大省，他們開發(fā)的新型光電功能材料可以實現(xiàn)有機污染物的光催化降解。而通過對綠色木基吸附材料的改性和新型吸附、過濾材料的研發(fā)，他們也能實現(xiàn)廢水無害化處理及有價金屬回收。

在盧小泉看來，如果真要為黃河水體健康把脈，污染物檢測是“診斷”，開發(fā)綠色降解技術(shù)進行污染物治理則是“治療”。他們要走的就是“診療一體化”研究路線。

黨的十八大以來，黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展已經(jīng)上升為重大國家戰(zhàn)略。對此，習(xí)近平總書記強調(diào)，要共同抓好大保護，協(xié)同推進大治理，著力加強生態(tài)保護治理、保障黃河長治久安、促進全流域高質(zhì)量發(fā)展、改善人民群眾生活、保護傳承弘揚黃河文化，讓黃河成為造福人民的幸福河。2023年2月，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了2022年水生態(tài)環(huán)境保護取得的新成效，其中，黃河干流首次全線達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)；化學(xué)需氧量、氨氮排放總量同比分別降低2.1%、6.8%。這一成績的取得，離不開眾多像盧小泉一樣的研究者的努力。

2023年3月9日，盧小泉主持申報的“高原交匯區(qū)水資源安全與水環(huán)境保護教育部重點實驗室”正式獲批。這一實驗室將聚焦高原交匯區(qū)水環(huán)境污染監(jiān)測、水污染治理與保護、智能物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測平臺建設(shè)3個核心方向，通過分析傳感智能系統(tǒng)和污染物數(shù)據(jù)庫建立為高原交匯區(qū)高質(zhì)量發(fā)展提供服務(wù)。這個多學(xué)科交叉特色研究實驗室，填補了黃河上游地區(qū)部委級以上黃河水資源安全相關(guān)研究平臺的空白。對盧小泉團隊來說，在“黃河水清、水潤蘭州”的路上，他們又多了一重底氣。

把工作扎根到西部土地上

前有“一個分子：卟啉”和“一套技術(shù)：SPECM”，后有“一個關(guān)注范圍：黃河”與“一類功能材料：光敏半導(dǎo)體”，盧小泉笑稱自己的科研之路被這4個“一”交叉串聯(lián)起來。

“比如研究卟啉分子，我們最早考慮的是將卟啉作為催化劑應(yīng)用到傳感器的檢測分析上。后來發(fā)現(xiàn)‘光’不介入是不行的，光被引進來之后，一照射，卟啉分子就會實現(xiàn)從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，會變得更靈敏，為我們研究先進光敏半導(dǎo)體材料提供了靈感。”盧小泉說?；诙嗄甑难芯砍晒R小泉團隊完成了7件專利的轉(zhuǎn)化，集中在納米復(fù)合材料的制備、新型傳感器的構(gòu)建等方面。

在出色完成一系列重大科研任務(wù)的同時，盧小泉團隊形成了善于發(fā)揮學(xué)科交叉、協(xié)作攻關(guān)、敢挑重?fù)?dān)、不斷開拓學(xué)科前沿問題的優(yōu)良作風(fēng)和傳統(tǒng)。他們以堅定理想信念為宗旨，首次在西北師范大學(xué)組建起科研攻關(guān)創(chuàng)新服務(wù)功能型黨支部，形成了“黨建+”的工作模式，積極為科技興省提供科學(xué)理論和技術(shù)支撐。

“十三五”以來，盧小泉作為評審組首席專家?guī)ьI(lǐng)團隊多次深入甘肅省河西、河?xùn)|、隴東、隴中等地，積極推進甘肅地理標(biāo)志農(nóng)產(chǎn)品評審，助力發(fā)展富民興村產(chǎn)業(yè)。不僅如此，他們還以西北地區(qū)特色農(nóng)作物青海黑枸杞、寧夏沙棘制得系列天然植物護膚品，探索西部特色植物提取物在高附加值利用方面的應(yīng)用。而不論是把“論文”寫到黃河水中，還是立足甘肅省資源優(yōu)勢，將工作扎進西部大地，他們每多做一分，心中的踏實感就會更多一分。

“我們團隊是一支組成結(jié)構(gòu)合理、科研能力強的科研隊伍。”盧小泉說。2010年，甘肅省生物電化學(xué)與環(huán)境分析重點實驗室成立。2012年，盧小泉獲聘教育部“長江學(xué)者”特聘教授；同年，實驗室團隊獲批“區(qū)域環(huán)境分析及特色功能材料應(yīng)用電化學(xué)研究教育部創(chuàng)新團隊”。“我們是當(dāng)年唯一一個分析化學(xué)團隊?！彼a充道。接連的好消息，大大提振了士氣，2015年，甘肅省電化學(xué)技術(shù)與納米器件工程實驗室也被創(chuàng)建起來。此后，他們又獲得一次教育部創(chuàng)新團隊的滾動支持，以及兩次甘肅省基礎(chǔ)創(chuàng)新研究群體計劃支持。

從2010年甘肅省生物電化學(xué)與環(huán)境分析重點實驗室建立以來，經(jīng)過13年的發(fā)展建設(shè)，團隊目前擁有41位骨干人員（含4名外聘專家），先后承擔(dān)國家自然科學(xué)基金60余項及省部級科技計劃項目50余項。團隊成員中有4位獲甘肅省杰出青年基金、2位獲評中國科學(xué)院“西部之光”青年學(xué)者。盧小泉本人也被授予國家有突出貢獻中青年專家稱號，入選國家百千萬人才工程、甘肅省拔尖領(lǐng)軍人才、英國皇家化學(xué)會會士，并多次獲得省部級獎項。

一個熠熠生輝的團隊正在黃河之濱崛起。最近，盧小泉團隊還被授予2022年度甘肅省研究生教育優(yōu)秀導(dǎo)師團隊。依托這個團隊，他們培養(yǎng)的學(xué)生迅速成長為科研新銳，他們中有1位國家杰出青年科學(xué)基金獲得者、3位國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者、4位新世紀(jì)優(yōu)秀人才。而從教30年以來，盧小泉培養(yǎng)的研究生已經(jīng)有230多人。無論是對學(xué)生，還是對團隊中的青年人才，他都秉持著以人為本、立德樹人的原則，尤其強調(diào)要將實現(xiàn)科學(xué)理想、科學(xué)興趣、家庭責(zé)任和人生價值有機結(jié)合?！耙眯蕾p和贊許的眼光看待青年的創(chuàng)新創(chuàng)造，要關(guān)心和愛護青年人才，要創(chuàng)造條件甚至讓青年站在我們的肩膀上提高和發(fā)展。”

“我們也只是取得了這么一點點研究結(jié)果?！北R小泉謙虛地說。每當(dāng)他站到黃河岸邊，胸懷都會無比開闊，即便一路行來有所阻礙，也在這浩蕩的黃河水消失不見。“黃河之水天上來，奔流到海不復(fù)回！”盧小泉心中滋生的豪邁之情，不僅是對這條母親河的敬意，也是對團隊未來的憧憬。