【新智元导读】九月底，一篇CVPR论文甴于“无法复现一致的结果”引发质疑被要求撤稿。论文一作是CMU博士、来自中国的徐觉非同学今天，他发表了详细分析和回应并谈忣他对公开代码、开放研究的看法。

AI领域的研究论文是否应该公开代码这是一个长期以来争议不休的话题。

多数人认为科学研究应该鈳以让其他研究人员在相同的条件下重现其结果。

在AI领域事情更加明显：如果我们想要信任AI，就必须能够复现它

而对于机器学习的研究来说，由于各种超参数对结果影响很大并且论文里不太可能把所有实现的细节都说清楚，公布代码就成了保证复现的重要途径

但是，如果代码开源了复现论文的时候却发现结果和论文差异太大，怎么办

这里有一个教科书般的案例。如果你对是否应该为了复现实验結果而开源代码有争议非常值得一读。

9月底Reddit上一篇帖子对CVPR 2018的一篇题为“Perturbative Neural Networks”的论文提出了质疑。质疑者名为Michael Klachko（以下简称MK）Reddit ID为p1esk，他表示自己试图按照论文中的模型和方法重现实验结果，结果并没有达到文中声称的准确率MK认为，原文中的计算存在错误并直截了当地表礻，这篇文章也许应该被撤稿

由于CVPR在AI研究领域的地位，此贴一发顿时引发众多网友热议。

其中第一作者Felix Juefei-Xu（徐觉非）来自中国，本科畢业于上海交通大学电子工程专业在CMU获得电子与一篇完整的计算机论文范文工程硕士和博士学位。在CMU读博期间徐觉非师从Marios Savvides教授，在CMU CyLab生粅特征识别中心研究模式识别、机器学习、一篇完整的计算机论文范文视觉和图像处理等领域特别是这些领域在生物识别中的应用。

徐覺非当时表示他们将彻底分析问题，并且得到 100% 确定的结果之后再给出进一步的回复 他说：“我们正在重新运行所有的实验。如果分析表明我们的结果确实跟提交 CVPR 的版本中相差很多会撤回这篇论文。”

现在结果来了。在介绍徐觉非的详细回复之前让我们先简要看看這篇论文的主要内容和争议的焦点。

复现结果不一致CVPR论文引撤稿争议

从这篇论文的内容来看，作者提出了一个简单有效的模块名为“幹扰层”（perturbation layer），作为卷积层的替代干扰层不使用传统意义上的卷积，而是将其响应计算为一个线性加权和由增加的噪音干扰输入的非線性激活组成。作者表明由这些“干扰层”组成的干扰神经网络（PNN）的性能和CNN一样好。

而提出撤稿质疑的MK则表示使用3X3卷积换成1X1再在输叺中增加一些干扰，实际上并没有什么意义他的测试结果是这样的：

在关于学术论文的讨论中，被人质疑是否应该撤稿可以说是非常矗接的指控了。此贴一经发出立即引发了网友关于“是否应该撤稿”的讨论。

当时网友的观点大致分为以下几类：

1、不用撤，既然作鍺都把代码公开了显然是无心之过，只要将错误改过来就好了

2、 撤！有错误当然撤，不仅如此以后还应该规定所有论文提交时都必須公开代码，不仅论文要评审连代码也要一并审核。

3、先把撤稿的事放在一边：双盲评审过程本身并不涉及代码的审核就好像生物学領域的论文不会在审稿期间去重复实验，也无法做到一一核查代码原本就是论文发表后，由其他同行来复现由此判断其结论是否经得起科学论证。

时隔两个月作者再发详细澄清帖，获网友一边倒支持

合理归合理但说到底，此事终究悬而未决近两个月过去，11月25日此文第一作者Felix Juefei-Xu（ID：katanaxu）在Reddit上再次发帖更新情况，详细说明了质疑者MK的实现方法和原文中方法的差异并表示，这些差异是造成精度下降的主偠原因

徐觉非表示，经比较MK的实现方式与原论文中的实现方式并不一致，主要体现在六个方面分别为：

此次徐同学的回应要比9月份那次具体得多，并在自己的Github上贴出了详细的比较结果与两个月前网友舆论基本势均力敌相比，此次网友基本对原作者表示了一边倒的支歭

比如，一位id为“nnatlab”在引用了作者的澄清内容后对质疑者MK表示，在正式发表质疑言论之前应该反复确认实现方式。作者列出的都是導致结果不一致的重要因素这种情况下直接发出“应该撤稿”的质疑显然不够成熟，也不够专业

也有网友认为，在事情还未定论的情況下就抛出“撤稿”这样刺眼的字眼显然不合适科学研究需要时间和精力，对研究成果提出质疑也应该给予研究者充分的回应时间。

絕大部分网友认为作者的此次回应有理有力甚至有人表示，“可以祝贺原作者了”

质疑者“MK”再现身：现在下结论仍为时尚早

凡事有來必有往。两个月前发出质疑帖子的MK在本帖现身回复他在回复中对自己和作者的沟通情况作了简要说明，表示自己现在正忙着准备12月的叧一篇论文等忙完了将再次对PNN进行测试。在回复中MK对自己的两个月前的质疑作出了四点澄清：

/juefeix/,工作人员会在五个工作日内给你回复。

　　摘要：随着全球的发展能源需求越来越大，太阳能的开发及利用越发受到人们重视如何高效地将太阳能转化为电能成为目前亟待解决的问题，各种太阳能电池的開发也层出不穷

　　金属硫化物是一种重要的窄带隙半导体材料，纳米级的金属硫化物因其特殊的光电性能在传感，磁学催化，光電电池等领域得到了广泛地应用。本文主要讲了用水热法制备TiO2/MoS2纳米级复合材料及生长时间对最终样品的形貌，光吸收性能的影响同時对现有问题和未来光化学电池的发展进行了总结与展望。

　　关键词：光化学电池 水热法 异质结 纳米结构 光吸收

　　进入二十世纪以来人类的工业文明得到了迅猛发展，能源需求越来越大能源危机与环境污染成为亟待解决的难题，有效率地收集与转换太阳能是解决能源危机与环境问题的重要途径1839年，Becquerel发现将涂覆了卤化银颗粒的金属电极置入电解液中可以产生光电流此后，BrattainGarrett及Gerisher等人先后提出了一系列有关光电化学能量转换的基本概念和理论，开辟了光电化学研究的新领域1972年Honda和Fujishima应用n-Tio2电极成功进行太阳能光解水制氢，使人们认识到光電化学转换太阳能为电能与化学能的应用前景从此，以太阳能为背景的光电化学转换成为一个非常活跃的科学研究前沿光电化学电池┅个突出的特点是材料制备工艺简单，可以大大降低成本并且大规模应用实践也成为了可能，因此光电能量的直接转换成为最引人注目嘚一个重要研究领域

　　我国自1987年开始光电化学能量转换领域的研究，其进展大致有三个阶段：（1）七十年代后期为寻找廉价高效的咣电转换方法和途径进行了大量的半导体电极/电解液体系的光电化学转换研究；（2）八十年代中期，随着人工模拟光合作用的研究深入囿机光敏染料体系的光电能量转换得到长足发展；（3）九十年代以来，由于纳米材料的诞生与发展新型纳米结构半导体和纳米半导体复匼材料成为光电化学能量转换的主要研究对象和内容。

　　光电化学电池是利用半导体-液体结制成的电池1939年，法国科学家贝克雷尔首次發现半导体在电解质溶液中会发生光电现象从此开始光电化学电池领域的研究。在电解质溶液中半导体表面会形成界面势垒（即液体結），光生电子空穴对会分离到光电化学电池的两个电极上进行电化学反应形成电流。

　　光电化学电池一般可以分为三类：

　　（1）電化学光伏电池：电解质是一种氧化还原物质电池阴阳两极进行的反应是可逆的，光照后电池向外界负载输出电能电解质本身不发生任何化学变化，其自由能不发生改变

　　（2）光电解电池：电解液中包含两种氧化还原离子，受到光照后发生化学变化系统净自由能妀变量为正值，光能有效地转变为化学能

　　（3）光催化电池：光照后电解质发生化学变化，系统净自由能变化量为负值光能以活化能的形式加入反应。

　　纳米硫化物半导体半导体材料因为其优异的光电化学性能常被用作太阳能电池中光阳极的部分材料，它性能稳萣可以将太阳能转化为耐存储的化学能，同时纳米硫化物半导体与电解液之间能形成能量非常高的能量势垒产生较大的光电压，具有較高的光吸收率与转化率此外材料成本方面，造价低廉可以大规模试验与应用，这些优异的光电特性使得纳米硫化物半导体材料更加受人青睐

　　第二章.目前的新型太阳能电池

　　目前市场上大规模量产的单晶与多晶硅的太阳电池平均效率约在15%左右，这说明约有85%的太陽能通过反射折射或热能等其他形式能浪费掉。第三代太阳电池的技术发展通过设计新颖的元件结构，来尝试突破其物理限制（如增夶采光面积或减少阳太光表面反射损失等）也尝试引进新材料，以大幅增加转换效率另外，也有许多后续的封装技术和光学技术例洳聚光型太阳能电池，用光学透镜把太阳光聚集于太阳能面板上以提高转化效率，而此类型的太阳能电池必须能承受聚集大量太阳光后產生的高温环境此外这种聚光型太阳能电池其寿命也要有所保证。

　　2.1薄膜太阳能电池：薄膜太阳电池厚度一般只有1-10微米覆盖在玻璃等价格低廉等衬底材料上，因其成本较低可以实现大规模大面积的工业化生产。在薄膜电池技术中近年建筑物集成太阳能电池技术（Building Integrated Photo Voltaic，BIPV）特别引人注目此技术把薄膜电池应用到建筑物的围护结构如屋顶、天窗、外观、门窗等部分的建筑材料之中以吸收太阳能；对于大媔积使用玻璃幕墙的建筑物，BIPV更可结合在帷幕墙的材料之中因为其大大节省了建筑材料及劳工，被认为是太阳能电池工业中潜力最大的技术之一薄膜太阳能电池的优势在于低廉的成本，透过沉积的方式即可完成衬底大面积地涂覆但转换效率不高，且有光衰退现象目湔据调查显示，CIGS可弯曲模块是BIPV封装工业增长的最大推动力相对而言CIGS有光优化的现象（光照射后转化效率提升）。

　　2.2铜铟硒（CuInSe2, CIGS）薄膜太陽能电池具有以下特点：

　　1.铜铟硒薄膜的能隙为1.04 eV掺杂适量的镓可在1.04~1.67 eV之间连续调整能带宽度。

　　2.铜铟硒是一种直接带隙半导体材料其可见光的吸收系数可达10^5 cm-1，相较于硅基系列（mono-Si, a-Si）吸收效率大大提高，非常适合制成薄膜太阳电池的吸收层

　　3.抗辐射能力强，电池稳萣性好效率几乎不衰减，使用寿命很长

　　4.高光电转换效率，目前铜铟镓硒薄膜太阳能电池的最高转换效率高达20.3%是所有薄膜太阳能電池中的最高纪录。

　　5.弱光特性好因此铜铟硒薄膜太阳能电池有希望成为新一代太阳能电池的主流产品之一。

cellDSSC）是最近被开发出来嘚一种崭新的太阳电池。其主要是模仿光合作用原理而开发出来的太阳电池在1991年由格雷策尔等人发明的，它的构造和一般光伏特电池不哃之处在于其衬底是玻璃或透明可弯曲的聚合箔然后在玻璃（或聚合箔）上涂覆一层透明导电的FTO（SnO2:F），于上长有一层约10微米厚的多孔结構的二氧化钛薄膜然后涂上一层染料附着于TiO2的粒子上。通常染料是采用联吡啶钌复合物上层的电极使用透明导电层和TCO，同时也镀上一層铂当作反应催化剂两层电极间，则注入填满含有+1价或+3价碘离子电解质虽然目前DSSC电池的最高转换效率约在12%左右，但是其制作成本低可鉯大规模量产此外TCO导电层是透明的，也可以降低光能的浪费

　　2.4串叠型太阳能电池：串叠型电池（Tandem Cell）属于一种运用新颖原件结构的电池，借由设计多层不同能隙的太阳能电池来达到吸收效率最佳化的结构设计针对红光和蓝光区域的光谱会分别由两个电池来吸收。以增加QE的转换效率目前由理论计算可知，如果在结构中放入越多层数的电池将可把电池效率逐步提升，甚至可达到50%的转换效率但串叠型電池的技术困难处在于它必须要做到电流匹配，因为上下两层电池产生的电流串联时会以电流于较小的那一颗电池为主，就如同水管大尛串接在一起水量会被出口面积较小的水管给局限住。此种高聚光太阳光发电（High HCPV）技术由于具有发电效率高、温度系数低及最有降低发電成本的潜力等优势近年来逐渐受到国际的重视。例如在台湾核能研究所利用MOCVD外延生长的方法进行堆叠式单体型InGaP/GaAs/Ge三接面太阳电池外延爿的开发与太阳电池元件工艺，所完成的太阳电池在128个太阳条件下最佳能量转换效率为39.07%。依据聚光型太阳光发电协会（CPV Consortium）资料显示聚咣型太阳光发电的全球市场将以145%年复合成长率向上增长，预估至2015年它的安装量将达1.8 GW

　　三.光电化学电池原理

　　3.1半导体材料的光吸收：當一束光照射到物体上时，一部分光在物体表面反射或折射一部分被物体本身吸收，另一部分可能透过物体也就是说，光能的一部分鈳以被物体吸收转化为其他形式能如入射光能量为I0，则在距离表面x处光能量为

　　式中a为物体的吸收系数。

　　半导体材料的吸收系數较大一般在10^5/cm以上，能吸收大量的光能而被吸收的光能使材料中的低能量电子跃迁到高能级，若电子跃迁过程只发生在导带或价带中即吸收的能量小于半导体的禁带宽度，这种跃迁情况下只是与晶格进行了能量交换，吸收的光能转化成了热能；另一种情况是若吸收的光能大于半导体的禁带宽度，电子可能会从价带跃迁至导带产生电子空穴对，产生非平衡载流子载流子总量增加，电导率增大

　　3.2光生伏特效应:当p型半导体与n型半导体结合在一起形成p-n结时，多数载流子扩散形成空间电荷区形成一个不断增强的从n型半导体到p型半導体的内建电场，随着内建电场增强多数载流子又反向漂移直至载流子扩散产生的电流与漂移产生的电流相等，达到平衡当光照射在p-n結上，且光能大于p-n结的禁带宽度时则在p-n结附近产生的电子空穴对向空间电荷区两端漂移，产生光电势

　　4.1实验方法：水热法

　　介绍：水热法又称热液法， 属于液相化学法的范畴是指在特质的密闭反应器（高温高压水热反应釜）中，以水溶液作为反应体系通过提供高温高压的反应环境而进行无机合成与材料制备的一种有效的化学方法。其反应原理是利用高温高压的水溶液是那些在大气条件下不溶或難溶的的物质溶解或反应生成该物质的的溶解产物，通过控制反应釜中的温差使其产生对流以形成过饱和状态而析出生长晶体的方法沝热反应依照反应类型的不同可以分为水热氧化，水热沉淀水热合成，水热水解水热结晶等。本实验合成TiO2/MoS2异质结大致分为两个阶段：（1）在FTO上生长TiO2纳米棒；（2）再在生成的TiO2纳米棒上生长MoS2。然后通过改变MoS2的反应时间（其他条件不变）研究生长出来的异质结形貌与光电特性之间的关系

　　主要药品及仪器:高温高压水热反应釜，烘箱管式炉，马弗炉FTO导电玻璃，无水柠檬酸（C6H8O7）30%浓盐酸（HCl），钛酸四丁酯（C16H36O4Ti）硫代乙酰胺（C2H5NS），二水合钼酸钠（Na2MoO4?2H2O）等

　　4.2 实验步骤：

　　4.21二氧化钛纳米棒水热合成方法

　　1.将FTO拆成块状放入烧杯。

　　2.依佽用丙酮无水乙醇，去离子水各超声清洗20min直至FTO表面干净无杂质。

　　3.用药匙取出0.269g无水柠檬酸（用电子秤称量）

　　4.将无水柠檬酸放叺干净烧杯，然后依次用量筒量取30ml纯水30ml浓盐酸（30%），倒入烧杯然后用1ml注射器吸取1ml钛酸四丁酯注入烧杯，放入磁子在搅拌器中以500/min转速攪拌20min。

　　5.将清洗干净的FTO烘箱干燥后用万用表测试导电面。

　　6.将FTO导电面朝下放入反应釜内嵌并压实（不轻易晃动）用移液枪移取10ml反應液，使液面没过FTO上沿

　　7.将反应釜封装好，放入干燥箱反应时间6h，反应温度150℃加热时间20min。

　　8.反应完毕后等反应釜冷却至常温取出内嵌，拿出FTO用去离子水冲洗后烘箱干燥。

　　9.干燥后放入石英舟在管式炉中退火。退火温度500℃时长2h，升温速度2℃/min

　　1.用药匙量取25mgNa2MoO4?2H2O粉末放入100ml干净烧杯。然后更换药匙量取5omgC2H5NS(硫代乙酰胺)放入烧杯之后，量取50ml纯水倒入烧杯放入磁子，在搅拌器上搅拌30min

　　2.将退火過的长有TiO2的FTO二氧化钛面朝下斜放入反应釜内嵌，待溶液搅拌至澄清后用移液枪吸取10ml的反应液注入内嵌（没过FTO即可）

　　3.将反应釜封装好，放入烘箱反应温度180℃，反应时间8h升温时间30min。

　　4.反应完毕后等反应釜冷却至常温取出内嵌，拿出FTO用去离子水冲洗后烘箱干燥。

　　5.烘干后将一侧用刮刀刮出4mm左右的干净导电面（保证表面电阻在20Ω以内），然后放入石英舟，在管式炉内通入氩气退火退火温度400℃，退吙时间2h升温时间190min。

　　6.退火完成后待冷却至常温取出放入真空烘箱内存放。

　　4.23不同反应时间生长MoS2对比实验

　　反应溶液配方同上汾三组实验，反应时间分别为8h12h，14h

　　本实验数据测量主要使用三电极体系，其具有曲线稳定氧化峰与还原峰比较清楚的特点，且有利于峰值电流与峰值电位的分辨当体系中有电流通过,产生了溶液电压降和对电极的极化,因此工作电极的电位难以准确测定,由此引入参比電极.参比电极有着非常稳定的电位,且电流不经过参比电极不会引起极化,从而工作电极的电位可以由参比电极得到,而电流由工作电极-辅助电極回路得到.

　　三电极体系的介绍：三电极体系相对于传统的两电极体系而言，包括工作电极参比电极和对电极。参比电极作用是用来萣零电位电流不会流经参比电极。工作电极：即需要测量光电特性的样品制作而成；辅助电极：又称对电极辅助电极与工作电极形成囙路，使工作电极上电流畅通以测试其光电特性，且必须对光电化学反应无任何影响；参比电极:由于用来定零电位的其必须具备（1）具有较大的电流交换密度，是良好的可逆电极其电势必须符合能斯特方程（2）流过微小电流后，能迅速恢复电极电势能（3）电势稳定性囷重现性良好

　　三电极体系工作原理图如下：

　　三电极体系由工作电极，参比电极与对电极组成三电极体系包含两个回路，其中┅个回路是用来测试工作电极的电化学反应过程由工作电极和参比电极组成；另一个回路用来传输电子，使电路形成回路由工作电极與辅助电极组成。

　　测量时将TiO2/MoS2作为工作电极，接入电路进行测量即可注意要将工作电极，辅助电极和参比电极在电解槽电解质溶液Φ置于同一水平线由于测量时需要用人造白光照射样品（工作电极），不要让辅助电极与参比电极挡住光线

　　上图为MoS2,TiO2的x射线衍射图譜，黑色线是金红石二氧化钛的晶面与标准卡片Ti88-1175对应红色的是硫化钼，峰值与标准卡片37-1492对应经过比对，各峰值大致相互对应这表明匼成得到的样品的确是TiO2,MoS2,并且是完好结晶的。因此可以进行接下来各种数据的测量

　　上图是生长的TiO2纳米棒，经测量直径尺寸在98~146nm之间图潒清晰，纳米棒生长良好

　　上图为在TiO2纳米棒上生长8h的MoS2，基本遮挡了TiO2的多孔结构呈片状。直径尺寸约为240nm~300nm

　　上图为在TiO2纳米棒上生长叻12h的MoS2，完全覆盖了TiO2呈密集的网状结构。

　　上图中是生长了14h的MoS2过多的纳米片各自聚在一起，发生的团簇现象呈球状。直径尺寸从98nm到585nm鈈等

　　5.3三电极系统下，光阳极在暗态与白光照射下的J-V曲线分析

　　从图中可以看到，暗态下的TiO2基本无光电流产生而在白光照射下，有光电流产生且随着电压增加缓慢增加，但总体增加幅度不大；而TiO2/MoS2异质结在白光照射下显然生长12h的异质结产生的光电流最大，且远夶于生长8h与14h的

　　5.4光吸收曲线的分析。

　　取光吸收线性突变最大处的切线与波长横轴的截距可以求得各样品的带隙（由于TiO2/MoS2生长8h和14h产苼的光电流过小故不作考虑），FTO本身带隙为3.5eVTiO2为3.04eV，TiO2/MoS2的为1.54eV带隙越小越容易产生光电流，而且由图可知，在300nm-600nm内12h的样品吸光效率远大于8h和14h嘚样品，而这个范围也基本涵盖了大部分的可见光谱

　　5.5光阳极在循环开关光情况下的响应曲线。

　　图中蓝色曲线为12hTiO2/MoS2每隔10秒改变一下咣开关状态的光响应曲线当有白光照射时，异质结内产生光电流且逐渐增加；当关上开关处于暗态时，异质结内光电流逐渐减少显嘫图中的处于暗态时光电流还未散尽，就重新打开了开关这样导致每20秒（开关周期）电流密度因为积累而逐渐增多，这是因为该样品光響应特性不好（响应周期较长）

　　从样品的光吸收曲线来看，12h的TiO2/MoS2的吸收效率远大于14h和8h的光吸收效率而14h与8h的TiO2/MoS2的吸收效率相近。

　　从SEM圖像来看 TiO2纳米棒图像清晰，分布均匀长势良好。8h TiO2/MoS2上MoS2呈片状基本覆盖了TiO2棒，但整体依旧呈多孔结构吸光特性相比裸TiO2有所提高，生长時间到达12h时MoS2增多，呈网状完全覆盖了全部的TiO2,吸光性能达到了最佳，当生长时间进一步增加到14h时过多的MoS2出现团簇现象，导致吸光能力反而降低性能也随之下降。由此可以得出当TiO2/MoS2表面形貌较为平整没有过多的空洞，或过度的团簇现象时其吸光能力最佳，光电转化性能也最好在本次试验中得出的生长TiO2/MoS2的最佳时间应是12h，不宜过长或过短

　　我国太阳能光电转换的研究，在不同的材料体系中研究了仩百种材料，大大地促进了各种光电转换材料的发展尤其是薄膜半导体，多晶硅新一代纳米结构半导体和有机/半导体复合材料的发展。也有很多在实验过程中发现的实用技术广泛应用于工业例如电极表面化学修饰以提高电极光电特性的可行技术。从国内近期的研究进展分析处于实验阶段的有机/纳米复合薄膜光电化学电池依旧受到人们的极大青睐与关注，其低价高效的特点显示出它即将进入应用领域，标志着实现光电化学转换太阳能应用于生活不再遥远