——记宁夏大学能源化工重点实验室副研究员马保军
本刊记者 林 鹭

　　 太阳光，奇妙而又神秘，赋予万千生灵以生命；氢，无色亦无味，最轻的气体却蕴藏无限的能量。将自然界丰富、清洁的太阳能转化为高燃烧值、零环境污染的氢能，不仅可以有效解决世界化石能源逐步枯竭的问题，而且能够杜绝化石能源引起的环境污染现象。为了更有效地实现这一目标，宁夏大学能源化工重点实验室的马保军副研究员潜心科研多年，在绿色能源的道路上默默前行。

宝剑锋从磨砺出，“光催化”之路未艾方兴

　　 能源是人类社会生存和发展的基础，能源安全牵一发而动全身，关乎到国家经济的发展和社会的稳定，早已成为不折不扣的战略性问题。上世纪90年代，马保军在武汉研究所从事“磁粉芯的开发和利用”的研究时，就已经注意到这个问题的重要性。
　　 到2001年，马保军在毕业几年之后，重回母校中国地质大学（武汉），攻读硕士学位。那四年里，他开始着手从事“光催化降解有机物”研究。和“光催化”亲密接触之后，马保军很快认识到太阳能不仅可以用于保护环境，而且可以作为绿色可再生能源来解决能源危机问题。他相信，开发、利用取之不竭、用之不尽的太阳能，将会是未来能源发展的新趋势。 
　　 为了能够在光催化研究中有更深层次的突破，马保军瞄准了国内顶尖科研基地——中国科学院大连化学物理研究所。2005年，他顺利考进大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室，师从著名科学家李灿院士，主攻光催化分解水制氢研究，开始了博士生涯。
　　 浓厚的学术氛围、先进的实验设施，以及殚见洽闻的导师，马保军对这里的一切都十分满意。他就像一块海绵，从这方广阔的空间不断吸纳着能量。2005年至2010年，五年的时光，马保军广涉国内外光催化最前沿的学术报道，形成了独立的创新思维模式。在李灿院士的指导下，他不断更新着自己的成果列表：发现一种新型廉价的产氧催化剂Co2O3，其光催化产氧效果优于以前的IrO2、RuO2；设计出三元催化剂（吸光材料，产氧助催化剂和产氢助催化剂），采用贵金属和过渡金属氧化物助催化剂共同担载在Zn2GeO4上来进行光催化分解水……
　　 尤其值得称道的是，他在2010年，于国内首次提出固溶体相结合的概念——担载IrO2使锌锗氧氮化物的光催化产氧活性提高了6倍。其研究成果分别发表在Catal.Lett与J.Phys.Chem.C等期刊。为了更加快捷地表征催化剂的活性，他设计出六通道的组合化学光催化反应装置，使得光催化剂的活性表征效率大大提高。这项装置后来获得了专利授权。
　　 在光催化领域找准自己的方向后，他不计寒暑，不问春秋，兢兢业业。2010年博士毕业后，在宁夏大学化学化工学院刘万毅院长的极力引荐下，他毅然投身于祖国西部建设，来到宁夏大学能源化工重点实验室。之后，他努力工作，筹建了光催化实验室。2012年1月至2013年1月，在李灿院士与韩洪宪研究员的推荐下，马保军赴韩国先进科学技术研究院(kaist)，与合作导师Seong Ihi Woo从事光催化制氢博士后研究。马保军刻苦钻研设计并合成出三元复合催化剂Pt/MoO3/TiO2用来光催化产氢。该催化剂与同等条件下合成的Pt/P25复合催化剂相比产氢活性提高了整整2倍，相关成果发表在中科院一区期刊Int.J.Hydrogen Energy上。

积跬步以致千里，绿色之路放光彩

　　 所谓“智者不锐，慧者不傲，谋者不露，强者不暴”。马保军走入宁夏能源化工重点实验室后，用谦虚好学、不畏艰苦、意志坚强的个人魄力真正诠释了这16个字。
　　 能源化工重点实验室其实占据着很多个“第一”——宁夏第一个省部共建国家重点实验室培育基地，宁夏第一个地方“1号工程”重大项目依托科技平台，宁夏高校第一个区域煤化工产业重要研究基地和人才基地，宁夏大学第一个工科类特色品牌实验室，宁夏大学第一个科研项目直接与服务区域发展相融合的重点实验室。
　　 然而即使如此，它早期的状况也还是令人唏嘘。来西部之前，马保军已经做好了心理准备，但没想到这里的科研经费匮乏且不说，就是实验设备也跟不上，甚至连很多装置仪器都需要自己动手去搭设。在这样的情况下，马保军并没有抱怨客观条件的简陋，他坚信：“胜人者，必先自胜”，要想真正促进宁夏的科研建设，必须从自我做起，权当做是一个创业的过程。几年下来，马保军先后获得宁夏自然科学基金1项（已结项）、国家自然科学基金1项、2014年度留学人员科技活动项目择优资助1项。2014年，又被选入宁夏回族自治区百人计划。
　　 乐观积极的他，总是习惯看到阳光的一面。对他来说，来宁夏未必是件坏事。宁夏所处的西部地区的经济虽然相对落后，但其地理特征和气候条件，也造成了宁夏太阳直接辐射多、散射辐射少的特点，太阳能资源比起武汉和大连来，要充沛很多，是一个天然的太阳能“生产基地”。如果再算上距离以华北地区为代表的能源消费市场很近的区位优势，选择宁夏其实对马保军的研究十分有利。
　　 因此，他以加倍的热忱投入到研究中，取得了出色的进展。根据光催化降解有机物实验结果显示，马保军课题组自行研发的X/XY型异质结光催化剂ZnO/ZnGa₂O₄，降解甲基橙的效率可达到82%。而这个光催化产氢活性的数据，在单纯的ZnO身上只能达到6%，常规的ZnGa₂O₄也只有47%。一对比，马保军的成果一下子凸显了出来，竟然能够将活性分别提高13倍和近2倍，性能可见一斑。而后，这两项成果均被发表在Appl. Surf. Sci.上。
　　 事实上，开发助催化剂、研究助催化剂的分子及纳米组装方法绝不是马保军的终极理想，他的目光更多聚焦在助催化剂的性价比上——要性能优异、价格低廉，要对环境友好，要可以替代贵金属。
　　 他想的很清楚。太阳能光催化分解水制氢是一项零污染的绿色化科研道路，只不过由于体系十分复杂，加之传统光催化价格昂贵，才限制了其工业化进程。要走好这条路，新型高效、低成本的光催化分解水制氢的催化体系的研究势在必行。助催化剂的使用就是往这潭看似平静的水面上投下了一颗小石子。它可以有效降低产氢（产氧）的过电位，抑制主催化剂的光生电子和空穴复合，促进光催化制氢效率提高，好处多多。但不足之处是目前所使用的助催化剂主要为贵金属，固然可以有效提高光催化产氢效率，也会导致光催化剂成本的高昂。这样一来，要实现光催化分解水制氢的工业化必须攻克光催化分解水反应效率低以及反应体系成本高昂两个难关。马保军做到了。他首次设计、合成出一系列具有类贵金属性质的Mo基W基化合物（氮化物、碳化物、磷化物）作为助催化剂以替代贵金属。例如，其课题组设计并合成的Mo₂C/CdS复合催化剂光催化产氢效率达到1600μmol/h·g与同等条件下合成的CdS相比光催化产氢活性提高了9倍，为光催化的工业化道路打下了坚实的基础。

触类旁通巧思变，绿色科研发新芽

　　 同太阳能一样，生物质也是一种可再生资源。生物质在制备糠醛时会产生大量的副产物糠醛渣，使用糠醛渣水解制备葡萄糖，其水解效率很低，一般在20%以下。为合理利用副产物糠醛渣，马保军与宁夏大学化学化工学院刘万毅课题组合作，在生物质转化为葡萄糖的研究工作中开辟了新道路。该团队首先对木质素进行预处理，预处理不仅可以破坏木质素、半纤维素对纤维素的包裹，还可以破坏纤维素自身的晶体结构和聚合度，从而提高纤维素的可及度及疏松性，增加可用表面积和底物的孔体积。该团队成功开发的H₂O₂/NaOH化学法、微波/NaOH、超声波/NaOH等预处理技术使木质素的去除率达到95%～99%。
　　 为了实现糠醛渣快速高效的水解为葡萄糖，马保军和刘万毅团队开发研究了两种酸催化剂。其中，液体催化技术具有高效率，固体酸催化技术具有绿色无污染、低耗可再生的特点。而经过他们自发研究的预处理技术后，新样品在液体酸催化下的糠醛渣水解2小时内可获得高达60%以上的葡萄糖产率，固体酸催化剂12小时内可获得30%以上的葡萄糖产率，液体酸催化剂的TOF是固体酸的5倍。
　　 至此，马保军和刘万毅课题组已经成功开发了糠醛渣预处理技术和固体酸催化水解等技术。该系列成果在Bioresoure Technology上连续发表两篇文章，是宁夏大学科研成果首次进军中科院一区杂志，实现零的突破，标志着宁夏大学和宁夏回族自治区的生物质新能源转化研究方面得到国际同行认可。不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海，科研之路，伴随千千万万次的实践，成功与失败更是取决于细微之处，其中艰辛也只有科研者能够体会。他一步一个脚印，凭借自己敏锐的发现，缜密的思维，在光催化和绿色新能源的道路上独树一帜、阔步向前。

呕心沥血传薪火，教坛无言写春秋

　　 多年科研之路，马保军对未来有自己的真知灼见，光催化与生物质的结合，不仅能够解决环境污染问题，而且为能源的可持续性发展开辟了一个新的方向。潜心科研的同时他还为宁夏当地科研建设、人才培养、科技创默默地贡献自己的力量。
　　 在培养研究生工作中，马保军始终以在大连化物所养成的科学素养来要求学生，坚持把李灿院士的科研精神传承给学生。“严谨、认真、务实、负责、多思、好学”，始终是他坚持的十二字方针。对待低年级的研究生，他逐字逐句地为学生讲文献，细致地教导读文献的方法，嘱咐学生一定要多读多归纳，常想常创新，只有站在前人的肩膀上，才能开拓创新，形成自己的新思路。他常与学生一同做实验，耐心为学生讲解每个装置的使用方法，一起分析解决实验中所遇到的难题，教会学生分析表征数据。为了保证实验数据的真实、可靠性，他多次重复实验数据以保证科研结果的准确性。他安排课题组学生每两周定期汇报工作，在检查指导学生工作的同时，便于课题组成员交流学习，融汇贯通知识体系。他凡事亲力亲为，不怕苦、不怕累，以大连化物所的科研精神为标杆以期培养出一流的研究生。
　　 提起马保军，大家无不钦佩他的博闻强识，赞叹他兢兢业业的精神，感谢他不辞辛劳的付出。我们看他，辛苦而又艰辛，但在他看来，这样快节奏的生活正是他的梦想所在，在绿色科研道路上，马保军始终累并快乐着。