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Vanadato de bismuto

El vanadato de bismuto es un compuesto inorgánico con la fórmula BiVO 4 . Es un sólido de color amarillo brillante. Se estudia ampliamente como fotocatalizador de luz visible con una brecha de banda estrecha de menos de 2,4 eV. [1] Es un representante de los "pigmentos coloreados inorgánicos complejos" o CICP. Más específicamente, el vanadato de bismuto es un óxido de metal mixto . El vanadato de bismuto también se conoce en el Índice de color internacional como CI Pigmento amarillo 184. [2] Se presenta de forma natural como los minerales raros pucherita, clinobisvanita y dreyerita.

Historia y usos

El vanadato de bismuto es un polvo de color amarillo brillante y puede tener un ligero tinte verde. Cuando se utiliza como pigmento, tiene un alto croma y un excelente poder cubriente. En la naturaleza, el vanadato de bismuto se puede encontrar como el mineral pucherita, clinobisvanita y dreyerita, según el polimorfo particular formado. Su síntesis se registró por primera vez en una patente farmacéutica en 1924 y comenzó a usarse fácilmente como pigmento a mediados de la década de 1980. Hoy en día se fabrica en todo el mundo para su uso como pigmento. [2]

Propiedades

La mayoría de los pigmentos de vanadato de bismuto comerciales se basan en estructuras monoclínicas (clinobisvanita) y tetragonales (dreyerita), aunque en el pasado se han utilizado sistemas de dos fases que implican una relación 4:3 entre vanadato de bismuto y molibdato de bismuto (Bi 2 MoO 6 ). [3]

Como fotocatalizador

El BiVO 4 ha recibido mucha atención como fotocatalizador para la división del agua y para la remediación. [4] En la fase monoclínica, el BiVO 4 es un semiconductor fotoactivo de tipo n con una banda prohibida de 2,4 eV, que se ha investigado para la división del agua después del dopaje con W y Mo. [3] Los fotoánodos BiVO 4 han demostrado eficiencias récord de conversión de energía solar a hidrógeno (STH) del 5,2 % para películas planas [5] [6] y del 8,2 % para nanobarras de núcleo-capa WO 3 @BiVO 4 [7] [8] [9] (la más alta para el fotoelectrodo de óxido metálico) con la ventaja de un material muy simple y barato.

Producción

Si bien la mayoría de los CICP se forman exclusivamente a través de calcinación a alta temperatura , el vanadato de bismuto se puede formar a partir de una serie de reacciones de precipitación controladas por el pH . Estas reacciones se pueden llevar a cabo con o sin la presencia de molibdeno , dependiendo de la fase final deseada. También es posible comenzar con los óxidos originales (Bi2O3 y V2O5 ) y realizar una calcinación a alta temperatura para lograr un producto puro. [10]

Referencias

  1. ^ Moniz, SJA; Shevlin, SA; Martin, DJ; Guo, Z.-X.; Tang, J. (2015). "Fotocatalizadores de heterojunción impulsados ​​por luz visible para la división del agua: una revisión crítica. Energy & Environmental Science". Energy and Environmental Science . 8 (3): 731–759. doi :10.1039/C4EE03271C.
  2. ^ ab B. Gunter "Pigmentos coloreados inorgánicos" en Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2012.
  3. ^ ab Kaur, G.; Pandey, OP; Singh, K. (julio de 2012). "Propiedades ópticas, estructurales y mecánicas de diferentes óxidos de vanadato de bismuto dopados con cationes de valencia". Physica Status Solidi A . 209 (7): 1231–1238. Bibcode :2012PSSAR.209.1231K. doi :10.1002/pssa.201127636. S2CID  119875801.
  4. ^ Tayebi, Meysam; Lee, Byeong-Kyu (2019). "Avances recientes en materiales semiconductores BiVO4 para la producción de hidrógeno mediante la división fotoelectroquímica del agua". Renewable and Sustainable Energy Reviews . 111 : 332–343. doi :10.1016/j.rser.2019.05.030. S2CID  181633505.
  5. ^ Han, Lihao; Abdi, Fatwa F.; van de Krol, Roel; Liu, Rui; Huang, Zhuangqun; Lewerenz, Hans-Joachim; Dam, Bernard; Zeman, Miro; Smets, Arno HM (octubre de 2014). "Dispositivo eficiente de división de agua basado en un fotoánodo de vanadato de bismuto y células solares de silicio de película delgada" (PDF) . ChemSusChem . 7 (10): 2832–2838. Bibcode :2014ChSCh...7.2832H. doi :10.1002/cssc.201402456. PMID  25138735.
  6. ^ Abdi, Fatwa F.; Han, Lihao; Smets, Arno HM; Zeman, Miro; Dam, Bernard; van de Krol, Roel (29 de julio de 2013). "División eficiente del agua solar mediante separación de cargas mejorada en un fotoelectrodo en tándem de silicio y vanadato de bismuto". Nature Communications . 4 (1): 2195. Bibcode :2013NatCo...4.2195A. doi : 10.1038/ncomms3195 . PMID  23893238.
  7. ^ Pihosh, Yuriy; Turkévich, Iván; Mawatari, Kazuma; Uemura, Jin; Kazoe, Yutaka; Kosar, Sonya; Makita, Kikuo; Sugaya, Takeyoshi; Matsui, Takuya; Fujita, Daisuke; Tosa, Masahiro (8 de junio de 2015). "Generación fotocatalítica de hidrógeno mediante nanobarras núcleo-cubierta WO 3 / BiVO 4 con máxima eficiencia en la división del agua". Informes científicos . 5 (1): 11141. Código bibliográfico : 2015NatSR...511141P. doi :10.1038/srep11141. ISSN  2045-2322. PMC 4459147 . PMID  26053164. 
  8. ^ Kosar, Sonya; Pihosh, Yuriy; Turkévich, Iván; Mawatari, Kazuma; Uemura, Jin; Kazoe, Yutaka; Makita, Kikuo; Sugaya, Takeyoshi; Matsui, Takuya; Fujita, Daisuke; Tosa, Masahiro (25 de febrero de 2016). "Dispositivo tándem fotovoltaico-fotoelectroquímico GaAs / InGaAsP – WO3 / BiVO4 para generación de hidrógeno solar". Revista Japonesa de Física Aplicada . 55 (4S): 04ES01. Código Bib : 2016JaJAP..55dES01K. doi :10.7567/jjap.55.04es01. ISSN  0021-4922. S2CID  125395272.
  9. ^ Kosar, Sonya; Pihosh, Yuriy; Bekarevich, Raman; Mitsuishi, Kazutaka; Mawatari, Kazuma; Kazoe, Yutaka; Kitamori, Takehiko; Tosa, Masahiro; Tarasov, Alexey B.; Goodilin, Eugene A.; Struk, Yaroslav M. (1 de julio de 2019). "Conversión fotocatalítica altamente eficiente de energía solar en hidrógeno mediante nanobarras de heterounión núcleo-carcasa WO3 / BiVO4". Nanociencia Aplicada . 9 (5): 1017-1024. Código Bib : 2019ApNan...9.1017K. doi :10.1007/s13204-018-0759-z. ISSN  2190-5517. S2CID  139703154.
  10. ^ Sulivan, R. Solicitud de patente europea 91810033.0, 1991.