101篇已发表论文被质疑打马虎眼
在光催化的机理研究中,我们往往需要对半导体光催化剂的带边(价带顶EVB和导带底ECB)进行测量或计算。各类计算方法中,有一种广泛使用的估算方法,就是基于Pearson 1988年提出的绝对电负性[Inorg. Chem. 1988, 27, 734–740],根据构成半导体的元素各自的Mulliken电负性估算得到化合物的电负性 χ。对于二元化合物AaBb, 公式如下(A, B表示元素,a, b表示对应元素的原子比例)

然后进一步根据禁带宽度和公式换算得到带边,具体如下:

应用到具体半导体,例如g-C3N4,那么分两步就可以估算:(1)找到C, N元素的电负性,假定为X(C)和X(N),估算得到C3N4化合物的电负性X(C3N4);(2)将X(C3N4)的电负性和禁带宽度(Eg)带入上面的公式,就可以估算。其中禁带宽度从实验得到,目前大部分实验结果彼此很接近,一般取Eg=2.70 eV作为近似。
(如对上述公式以及第一性原理计算感兴趣,欢迎参加计算老司机课堂,介绍参看下面视频)


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2021年,Carbon杂志刊登了Petr Praus的调研,他随机选取了101篇发表于2013-2020的关于C3N4的带边估算文章,发现这些文章虽然给出了和实验结果非常接近的估算值,但估算时采用的X(C3N4)大部分在4.38-5.94eV之间(大部分在4.70 eV附近),但对于如何估算得到上述结果却几乎都没有给出具体细节。这非常奇怪,因为X(C3N4)是对X(C)和X(N)做几何平均获得的,因此数学上其分布必然在X(C)和X(N)之间。 但从相关文献查阅,X(C)=6.27 和X(N)=7.30,或在上述数值略有变化,例如X(C)=6.43等,这无论如何不可能得到X(C3N4)会小到4.70附近。那么问题是:这随机选取的101篇论文,是如何得到跟实验吻合的带边的呢?
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为方便朋友们查询,我把Petr Praus质疑论文DOI连接、文章首页放到下面:
文章全文链接:https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.074
对应期刊页面:

在我看来,这是一个典型的学术论文和数据引用如何做到严谨的范例。我完全赞同Petr Praus这种求真求实的态度。C3N4的电负性到底是多少,这是一个客观存在。实验是一个结果,估算是另外一个,二者不相符。也许是实验测量和估算不是对应相同的物理环境(例如实验可能采用溶液),也可能Pearson定义的估算模式不适用,那么C3N4是否就有特殊之处?所以,这个故事并没有结束!
计算老司机一人之言,因知识局限,可能有错,如果您有不同理解,欢迎帮助我理清!
