stringtranslate.com

Висмута ванадат

Висмут ванадат — неорганическое соединение с формулой BiVO4 . Это ярко-желтое твердое вещество. Он широко изучается как фотокатализатор видимого света с узкой запрещенной зоной менее 2,4 эВ. [1] Он является представителем «сложных неорганических цветных пигментов» или CICP. Более конкретно, висмут ванадат — это смешанный оксид металлов . В соответствии с индексом цвета International ванадат висмута также известен как пигмент CI желтый 184. [2] Он встречается в природе в виде редких минералов пушерита, клинобисванита и дрейерита.

История и использование

Висмут ванадат представляет собой ярко-желтый порошок, который может иметь легкий зеленый оттенок. При использовании в качестве пигмента он имеет высокую хроматичность и отличную кроющую способность. В природе ванадат висмута встречается в виде минерала пухерита, клинобисванита и дрейерита в зависимости от конкретного образующегося полиморфа. Его синтез был впервые описан в фармацевтическом патенте в 1924 году и начал широко использоваться в качестве пигмента в середине 1980-х годов. Сегодня он производится по всему миру для использования в качестве пигмента. [2]

Характеристики

Большинство коммерческих пигментов ванадата висмута основаны на моноклинной (клинобисванит) и тетрагональной (дрейерит) структурах, хотя в прошлом использовались двухфазные системы, включающие соотношение 4:3 между ванадатом висмута и молибдатом висмута (Bi 2 MoO 6 ). [3]

Как фотокатализатор

BiVO 4 получил большое внимание в качестве фотокатализатора для расщепления воды и для рекультивации. [4] В моноклинной фазе BiVO 4 является фотоактивным полупроводником n-типа с шириной запрещенной зоны 2,4 эВ, который был исследован на предмет расщепления воды после легирования W и Mo. [3] Фотоаноды BiVO 4 продемонстрировали рекордную эффективность преобразования солнечной энергии в водород (STH) 5,2% для плоских пленок [5] [6] и 8,2% для наностержней WO 3 @BiVO 4 с оболочкой из ядра [7] [8] [9] (самая высокая для фотоэлектрода на основе оксида металла) с преимуществом очень простого и дешевого материала.

Производство

В то время как большинство CICPs образуются исключительно посредством высокотемпературной кальцинации , ванадат висмута может быть образован из серии реакций осаждения , контролируемых pH . Эти реакции могут проводиться с присутствием молибдена или без него в зависимости от желаемой конечной фазы. Также можно начать с родительских оксидов (Bi 2 O 3 и V 2 O 5 ) и выполнить высокотемпературную кальцинацию для получения чистого продукта. [10]

Ссылки

  1. ^ Moniz, SJA; Shevlin, SA; Martin, DJ; Guo, Z.-X.; Tang, J. (2015). «Гетеропереходные фотокатализаторы с видимым светом для расщепления воды – критический обзор. Энергетика и наука об окружающей среде». Энергетика и наука об окружающей среде . 8 (3): 731–759. doi :10.1039/C4EE03271C.
  2. ^ ab B. Gunter «Неорганические цветные пигменты» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, Wiley-VCH, Вайнхайм, 2012.
  3. ^ ab Kaur, G.; Pandey, OP; Singh, K. (июль 2012 г.). «Оптические, структурные и механические свойства оксидов ванадата висмута, легированных различными валентными катионами». Physica Status Solidi A. 209 ( 7): 1231–1238. Bibcode : 2012PSSAR.209.1231K. doi : 10.1002/pssa.201127636. S2CID  119875801.
  4. ^ Тайеби, Мейсам; Ли, Бёнг-Кю (2019). «Последние достижения в области полупроводниковых материалов BiVO4 для производства водорода с использованием фотоэлектрохимического расщепления воды». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 111 : 332–343. doi :10.1016/j.rser.2019.05.030. S2CID  181633505.
  5. ^ Хан, Лихао; Абди, Фетва Ф.; ван де Крол, Рул; Лю, Руй; Хуан, Чжуанцюнь; Леверенц, Ханс-Йоахим; Дам, Бернард; Земан, Миро; Сметс, Арно ХМ (октябрь 2014 г.). «Эффективное устройство для расщепления воды на основе фотоанода из ванадата висмута и тонкопленочных кремниевых солнечных элементов» (PDF) . ChemSusChem . 7 (10): 2832–2838. Bibcode :2014ChSCh...7.2832H. doi :10.1002/cssc.201402456. PMID  25138735.
  6. ^ Абди, Фетва Ф.; Хан, Лихао; Сметс, Арно ХМ; Земан, Миро; Дам, Бернард; ван де Крол, Рул (29 июля 2013 г.). "Эффективное расщепление солнечной воды путем улучшенного разделения зарядов в тандемном фотоэлектроде ванадат висмута-кремния". Nature Communications . 4 (1): 2195. Bibcode :2013NatCo...4.2195A. doi : 10.1038/ncomms3195 . PMID  23893238.
  7. ^ Пихош, Юрий; Туркевич Иван; Маватари, Казума; Уэмура, Джин; Казоэ, Ютака; Косар, Соня; Макита, Кикуо; Сугая, Такеёси; Мацуи, Такуя; Фудзита, Дайсуке; Тоса, Масахиро (8 июня 2015 г.). «Фотокаталитическая генерация водорода наностержнями ядро-оболочка WO 3 / BiVO 4 с максимальной эффективностью расщепления воды». Научные отчеты . 5 (1): 11141. Бибкод : 2015НатСР...511141П. дои : 10.1038/srep11141. ISSN  2045-2322. ПМЦ 4459147 . ПМИД  26053164. 
  8. ^ Косар, Соня; Пихош, Юрий; Туркевич Иван; Маватари, Казума; Уэмура, Джин; Казоэ, Ютака; Макита, Кикуо; Сугая, Такеёси; Мацуи, Такуя; Фудзита, Дайсуке; Тоса, Масахиро (25 февраля 2016 г.). «Тандемное фотоэлектро-фотоэлектрохимическое устройство GaAs/InGaAsP–WO3/BiVO4 для получения солнечного водорода». Японский журнал прикладной физики . 55 (4С): 04ЕС01. Бибкод : 2016JaJAP..55dES01K. дои : 10.7567/jjap.55.04es01. ISSN  0021-4922. S2CID  125395272.
  9. ^ Косар, Соня; Пихош, Юрий; Бекаревич, Раман; Мицуиси, Кадзутака; Маватари, Казума; Казоэ, Ютака; Китамори, Такэхико; Тоса, Масахиро; Тарасов Алексей Б.; Гудилин Евгений А.; Струк, Ярослав М. (01.07.2019). «Высокоэффективное фотокаталитическое преобразование солнечной энергии в водород с помощью наностержней гетероперехода ядро-оболочка WO3/BiVO4». Прикладная нанонаука . 9 (5): 1017–1024. Бибкод : 2019АпНан...9.1017К. doi : 10.1007/s13204-018-0759-z. ISSN  2190-5517. S2CID  139703154.
  10. ^ Салливан, Р. Европейская патентная заявка 91810033.0, 1991.