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用“鸟屎”调侃同行,石墨烯真的是加个“屎”都能发论文?

最近一篇论文火了,论文的名字叫做“Will Any Crap We Put into Graphene Increase Its Electrocatalytic Effect?”,翻译过来就是“啥破烂玩意都能提升石墨烯催化性能?”。

其中“crap”这个词用得尤其精妙,为什么这么说呢?因为这个论文真的用“鸟屎”来进行了实验,而“crap”这个词既有“废物”的意思,又有“排泄物”的意思,可谓是一语双关。

石墨烯是21世纪初的一项伟大的发现,石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯从前被认为是假设性的结构,无法单独稳定存在。

直至2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯,而证实它可以单独存在,两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由,共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

如今,石墨烯已经在晶体管、柔性屏幕、海水淡化、航空航天、新能源材料、电催化剂等多个领域被应用,前景广阔。

而这篇文章却用最“学术”的方式,戏谑地抨击了目前在石墨烯合成领域,修修补补的发论文方式。

用鸟屎作为添加物,比非掺杂石墨烯电催化作用更好

首先我们来看一下石墨烯作为电催化剂的背景。

一直以来,人们都在寻找更低成本,效果更好的氧化还原反应(ORR)和析氢反应(HER)催化剂,而在过去的几十年里,杂原子掺杂(氮、硫或者混合物质)的石墨烯,被发现在这方面表现优异。

所以这就产生了很多相关的论文,根据作者“一去不回头”在公众号“微算云平台”上写道,经过搜索,发现在Web of Science上进行了查询,以dope、graphene为关键词查询标题带有这两个词的就有9783个,2019年发表1695篇,18年1669篇,17年1555篇,16年1306篇,数目随着时间还是增长的。

图片来自“微算云平台”

能发这么多文章的原因,是石墨烯可以通过掺杂一种或者多种元素来提升电催化作用。“掺杂一个就是一篇文章,一个不够,再来掺杂两种的,两个不够来三个,然后用神奇的、通用语言“synergistic effect”来解释性能的提升。”

这种看似做出来了东西,实则只是“依葫芦画瓢”的重复工作引起了论文作者的不满,于是才诞生了这么一篇文章——用鸟屎作为掺杂物的石墨烯,比非掺杂石墨烯电催化作用更好。

作者利用两种方法来合成石墨烯,一种是Hoffmann方法,加了鸟屎(bird dropping)和不加鸟屎的分别记为Ho-GO-BD和Ho-GO,另外一种是Hummers方法,加了鸟屎和不加鸟屎的分别记为Hu-GO-BD和Hu-GO。

作者首先通过扫描电镜Ho-GO-BD、Hu-GO-BD、Ho-GO、Hu-GO表征看到了石墨烯的片层结构,证明了石墨烯成功合成了。

合成的石墨烯SEM表征,图片来自“微算云平台”

而后也证明了带有鸟屎的Ho-GO-BD和Hu-GO-BD的缺陷更少,最后作者测试了一下电化学性能,相比于GC,四种材料电化学性能都得到了提升,Ho-GO-BD和Hu-GO-BD具有更低的电位。

四种材料的电催化性能(A)ORR,(B)HER。图片来自“微算云平台”

总而言之,作者证明了鸟屎作为掺杂物的石墨烯确实比非掺杂石墨烯更具有电催化作用。

事实是超纯石墨烯太不行,所以加啥都更好?

这篇文章的第一作者是多伦多大学的Lu Wang,其余两个作者是Zdenek Sofer和Martin Pumera(通讯作者),而Zdenek Sofer和Martin Pumera还在同一篇论文中出现过。

题目为:“Ultrapure Graphene Is a Poor Electrocatalyst: Definitive Proof of the Key Role of Metallic Impurities in Graphene-Based Electrocatalysis”,即“超纯石墨烯是一种很差的电催化剂:它是金属杂质在石墨烯电催化中起关键作用的决定性证据”。

这篇论文证明了这么一件事:为什么金属杂质在石墨烯电催化中效果很好呐?是因为超纯石墨烯本身的电催化性能太差了。所以只要加点掺杂物进去,电催化效果都会得到一定程度的提升。

事实上,石墨烯是一种“平面单层紧密打包成一个二维(2D)蜂窝晶格的碳原子”,内部的碳原子之间的连接很柔韧,因此很难调控其电学特性,所以超纯的石墨烯没有很好的电催化性也很正常,然而采取掺杂杂质原子的化学方法可以使其具备很好的半导体特性。

所以说,那些加各种掺杂物然后跟不掺杂的石墨烯比电催化性,完全就是加啥都能得到想要的结果。

难怪“一去不回头”也在文章中说:“元素周期表中有84个稳定的元素(除去气体和碳),那么单掺杂的催化剂就能有84个,双掺杂的就能有3486个,三个掺杂的话就是95284个,四个掺杂那就是2*106个,再加上每种材料能在多个领域内应用,妥妥的文章增长点啊!”

而这也正是“鸟屎”这篇文章嘲讽的点——本来就是加啥都行,不信我加个“鸟屎”给你们看看。

是为了发文而发文,还是也有其意义?

论文作者在文中写道:

并且在前景展望部分,还调侃了一下:

To conclude in a positive(and a bit satiric) tohe we speculate that the chemicalcomposition of chicken guano can be tailored by feedstock (chick feed), and, thereforethhe quality of the resulting doped catalyst can be further improved.

总而言之,我们推测可以通过调整(雏鸡)进食,以进一步提高所掺杂的催化剂的质量。

作者的这篇文章是perspective,因此在行文上不是很“正经”,那么作者提到的那些研究,真的是为了发文而发文,还是也有其意义呢?

网上很多人看了这个论文之后的反应是,论文所提到的这些研究妥妥属于“学术灌水”,也是毫无意义的;

而有人却认为石墨烯掺杂本身还是一项比较有意义的研究,但是应该定性的去探讨掺杂的效果,从而得出普遍的理论指导石墨烯的应用,而不是只和未掺杂的比一比有提高就行了。

这个话题在知乎上也引起了广泛的讨论,很多同学都表示,材料的论文很多都是这样的,但是在等表征手段更加先进,这些论文还是有其意义的。

最后,学术上存在争论是正常的,而且这些论文毕竟还都有实验和数据,还是有一定价值的。

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