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卢小泉 | 唱响新时代的“黄河谣”
来源：互联网
2024-11-12 00:17:02 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们
7月盛夏，一道喜讯传到兰州，由西北师范大学（以下简称“西北师大”）独立完成的“基于光能驱动界面策略的黄河水中典型污染物的检测和治理”项目，荣获2022年度教育部高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖二等奖。项目主持人是西北师大化学化工学院教授、“高原交汇区水资源安全与水环境保护”教育部重点实验室主任卢小泉。
▲卢小泉
“黄河从青藏高原奔流而下，穿过整座兰州城。我们发现黄河中携带的氮、磷元素万一超标了，也有可能会造成水体污染。它们在黄河中是如何迁移、如何沉降的，都是很重要的问题，完全可以通过我们的专业研究去搞清楚。”卢小泉介绍说。
1997年从中山大学博士毕业回到兰州后，卢小泉就扎根在了这片土地上。对这座被誉为“黄河明珠”的城市，他有着很深的感情。利用可视化快检、荧光传感、电化学发光等技术，识别和检测甘肃省黄河流域的典型污染物，从而开发出基于光能驱动界面策略，为科学防治黄河水污染提供新策略和新方法，是卢小泉团队倾心唱响的“黄河谣”。
从“一个分子”到“一套技术”
“近30年来，我基本就做了‘一个分子’。”卢小泉说。
这里的“一个分子”，指的是“卟啉”。它被誉为生命色素，例如血红素是含铁的卟啉化合物，叶绿素是含镁的卟啉化合物，维生素B12是含钴的卟啉化合物。人们相信卟啉在能量转移方面有着优异的作用，这令它在高分子材料、化学催化、电致发光材料、分子靶向药物等领域拥有巨大的应用前景，这也是卢小泉关注卟啉分子的重要原因。
在卢小泉的记忆中，西北师大的前辈科学家早在20世纪80年代初就在国内较早展开了稀土元素分析化学研究。当时，卢小泉已经完成了讲师团下乡任务，正式回到西北师大，边工作边考研。“在老先生们的指导下，我打下了很好的化学理论基础。后来，学校还送我到长春应用化学研究所，那里有当时世界上为数不多的先进电化学实验室，他们的技术装备和成果都是非常前沿的。那时不像现在网络这么发达，我们在兰州想要查阅现刊资料非常难，甚至需要去北京才可以，但长春很多资料都是现刊，我们能更快地接收到一手资料。”说起往事，卢小泉的声音都轻快了不少，仿佛又回到青葱岁月，成了那个争分夺秒汲取知识的青年。
1994年，卢小泉前往中山大学攻读博士学位，从事化学计量分析。为了做好这项工作，他特意去旁听了中山大学数学研究所的博士课程，又和计算数学方向的学生学习计算机编程。直到现在，想起那段时光，他都忍不住叹一句“真是费了九牛二虎之力”。“但就是因为有了这些成长经历，得到了很多老先生的指点，才有了我今天这一点点成绩。”
1997年，卢小泉回到西北师大，正式开展起电分析化学研究。“我查阅单分子自组装方面的资料，发现研究卟啉的文章特别少，就想能不能从这里着手去探索一下。”卢小泉没有想到，这灵光一闪，就让他在卟啉电化学上耕耘了近30年；厚积薄发，相关成果也走向了国际前沿舞台。
作为国际上率先系统研究卟啉分子电化学性质的学者之一，卢小泉针对水体新型污染物的检测与监测分析，建立了一系列基于卟啉化合物的电化学、荧光、电致发光、比色等传感策略。近年来，他和团队通过对卟啉类杂环化合物进行分子层面修饰，显著提升了这类物质的光致发光和电化学发光性能，提出了“聚集诱导发光”和“解聚诱导发光”等全新的概念；解决了困扰有机发光体的“难溶于水”和“聚集发光淬灭”等严重问题，实现了一些难溶有机发光物质在水相中对一些污染物的高灵敏检测，相关研究发表在《德国应用化学》等国内外期刊上。2023年6月，卢小泉撰写的《卟啉化学》也由科学出版社顺利出版。这部专著对卟啉化学相关成果进行了系统总结和整理，为领域内科技人员提供了重要参考。
“卟啉分子最大的亮点就是跟光有关系，所以我们才在电化学领域较早地把光引到扫描电化学显微镜下去研究界面反应动力学。这就跟科学仪器搭上边了。”卢小泉说。
工欲善其事，必先利其器。科学仪器被称作科学家“窥视世界原始信息数据源头的眼睛”。在当代科学研究中，谁拥有先进的仪器，谁就掌握了探索和发展的主动权。但一个不得不面对的现实是，我国基础研究领域所需要的高端精密仪器过度依赖进口。有一次，在跟一位前辈学者交流时，卢小泉听到他忧心忡忡地说：“如果别人从外面把我们进口高端精密仪器的门给关了，我们到底能不能拿出预备方案呢？”卢小泉极受触动。早在读研期间，他就体会过设备缺失的烦恼。而在多年的研究经历中，他也发现，传统表征方法无法满足对材料微纳界面上光电化学反应、电荷转移等多过程、多参数的研究需求，而我国在这方面存在空白。
为了推动对光电化学微区原位表征新仪器的设计与研制，卢小泉团队在国内率先搭建了光响应的扫描光电化学显微镜（SPECM），实现了对电荷转移和表面结构变化的原位、高效分析，成果达到世界先进水平并取得多项自主知识产权。2021年，卢小泉主持申报的“微纳界面光电化学扫描显微镜系统的研制与应用”获批国家自然科学基金委重大科研仪器研制项目，资助经费达600余万元。这一项目被认为有助于提升我国在高精尖仪器研发领域中的原始创新能力。这也是他和团队第四次获得国家重点/重大科研仪器研制项目的支持。
“这一套技术的相关成果已经取得了多项自主知识产权，并在一些合作高校院所进行了推广应用。”对卢小泉来说，这是一个好的开始。“我们必须有自己的仪器！”他强调道。
让黄河成为幸福河
黄河宁，天下平。自古以来，黄河治理就是安民兴邦的大事。甘肃是黄河流域重要的水源涵养区和补给区，要首先担负起黄河上游生态修复、水土保持和污染防治的重任，兰州要在保持黄河水体健康方面先发力、带好头。
要“先发力、带好头”，就要先清楚问题所在。黄河上游甘肃段处青藏高原、黄土高原、内蒙古高原三大高原交汇处，水系资源多样、矿产种类丰富、沿河流域石油化工有色冶炼企业数量众多。如何在兼顾资源持续有效利用和环境治理与保护的同时，促进资源和环境的协调与可持续发展，对于进一步促进科技发展，提高科技创新能力具有重大意义。
西北师范大学就坐落在黄河之畔，这种先天地理优势，让卢小泉更坚定地认为，他和团队有责任为黄河水体健康出一份力。而经过数年的发展，他们从硬件设备到技术储备等都有了深厚的积淀，更有力量运用自己搭建的技术去攻克相关问题。
作为率先参与研究黄河上游流域甘肃段水污染成因分析及防治对策的学者，卢小泉带领团队长期致力于环境污染物检测、监测新方法研究。针对目前黄河水中存在且危害极大的一些污染物如重金属离子、多环芳烃、农药抗生素、微塑料等有机物，他们搭建了实时在线检测平台，构建了一系列明确目标导向的超高灵敏的化学或生物传感器，实现了对传统或新型污染物的简单、快速、高灵敏度的检测。
▲团队讨论问题
“双碳背景下的污染物绿色降解技术”，也是卢小泉团队的特色研究方向。“光催化半导体产生的光生电荷可以有效降解水中持久性有机污染物。”他说。在甘肃这样一个光能大省，他们开发的新型光电功能材料可以实现有机污染物的光催化降解。而通过对绿色木基吸附材料的改性和新型吸附、过滤材料的研发，他们也能实现废水无害化处理及有价金属回收。
在卢小泉看来，如果真要为黄河水体健康把脉，污染物检测是“诊断”，开发绿色降解技术进行污染物治理则是“治疗”。他们要走的就是“诊疗一体化”研究路线。
党的十八大以来，黄河流域生态保护和高质量发展已经上升为重大国家战略。2023年2月，生态环境部发布了2022年水生态环境保护取得的新成效，其中，黄河干流首次全线达到Ⅱ类水质；化学需氧量、氨氮排放总量同比分别降低2.1%、6.8%。这一成绩的取得，离不开众多像卢小泉一样的研究者的努力。
2023年3月9日，卢小泉主持申报的“高原交汇区水资源安全与水环境保护教育部重点实验室”正式获批。这一实验室将聚焦高原交汇区水环境污染监测、水污染治理与保护、智能物联网监测平台建设3个核心方向，通过分析传感智能系统和污染物数据库建立为高原交汇区高质量发展提供服务。这个多学科交叉特色研究实验室，填补了黄河上游地区部委级以上黄河水资源安全相关研究平台的空白。对卢小泉团队来说，在“黄河水清、水润兰州”的路上，他们又多了一重底气。
把工作扎根到西部土地上
前有“一个分子：卟啉”和“一套技术：SPECM”，后有“一个关注范围：黄河”与“一类功能材料：光敏半导体”，卢小泉笑称自己的科研之路被这4个“一”交叉串联起来。
“比如研究卟啉分子，我们最早考虑的是将卟啉作为催化剂应用到传感器的检测分析上。后来发现‘光’不介入是不行的，光被引进来之后，一照射，卟啉分子就会实现从基态到激发态的跃迁，会变得更灵敏，为我们研究先进光敏半导体材料提供了灵感。”卢小泉说。基于多年的研究成果，卢小泉团队完成了7件专利的转化，集中在纳米复合材料的制备、新型传感器的构建等方面。
在出色完成一系列重大科研任务的同时，卢小泉团队形成了善于发挥学科交叉、协作攻关、敢挑重担、不断开拓学科前沿问题的优良作风和传统。他们以坚定理想信念为宗旨，首次在西北师范大学组建起科研攻关创新服务功能型党支部，形成了“党建 ”的工作模式，积极为科技兴省提供科学理论和技术支撑。
“十三五”以来，卢小泉作为评审组首席专家带领团队多次深入甘肃省河西、河东、陇东、陇中等地，积极推进甘肃地理标志农产品评审，助力发展富民兴村产业。不仅如此，他们还以西北地区特色农作物青海黑枸杞、宁夏沙棘制得系列天然植物护肤品，探索西部特色植物提取物在高附加值利用方面的应用。而不论是把“论文”写到黄河水中，还是立足甘肃省资源优势，将工作扎进西部大地，他们每多做一分，心中的踏实感就会更多一分。
“我们团队是一支组成结构合理、科研能力强的科研队伍。”卢小泉说。2010年，甘肃省生物电化学与环境分析重点实验室成立。2012年，卢小泉获聘教育部“长江学者”特聘教授；同年，实验室团队获批“区域环境分析及特色功能材料应用电化学研究教育部创新团队”。“我们是当年唯一一个分析化学团队。”他补充道。接连的好消息，大大提振了士气，2015年，甘肃省电化学技术与纳米器件工程实验室也被创建起来。此后，他们又获得一次教育部创新团队的滚动支持，以及两次甘肃省基础创新研究群体计划支持。
从2010年甘肃省生物电化学与环境分析重点实验室建立以来，经过13年的发展建设，团队目前拥有41位骨干人员（含4名外聘专家），先后承担国家自然科学基金60余项及省部级科技计划项目50余项。团队成员中有4位获甘肃省杰出青年基金、2位获评中国科学院“西部之光”青年学者。卢小泉本人也被授予国家有突出贡献中青年专家称号，入选国家百千万人才工程、甘肃省拔尖领军人才、英国皇家化学会会士，并多次获得省部级奖项。
一个熠熠生辉的团队正在黄河之滨崛起。最近，卢小泉团队还被授予2022年度甘肃省研究生教育优秀导师团队。依托这个团队，他们培养的学生迅速成长为科研新锐，他们中有1位国家杰出青年科学基金获得者、3位国家优秀青年科学基金获得者、4位新世纪优秀人才。而从教30年以来，卢小泉培养的研究生已经有230多人。无论是对学生，还是对团队中的青年人才，他都秉持着以人为本、立德树人的原则，尤其强调要将实现科学理想、科学兴趣、家庭责任和人生价值有机结合。“要用欣赏和赞许的眼光看待青年的创新创造，要关心和爱护青年人才，要创造条件甚至让青年站在我们的肩膀上提高和发展。”
“我们也只是取得了这么一点点研究结果。”卢小泉谦虚地说。每当他站到黄河岸边，胸怀都会无比开阔，即便一路行来有所阻碍，也在这浩荡的黄河水消失不见。“黄河之水天上来，奔流到海不复回！”卢小泉心中滋生的豪迈之情，不仅是对这条母亲河的敬意，也是对团队未来的憧憬。
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