6. Cấu trúc luận văn
1.2.1. Đặc điểm cấu tạo và đặc tính của BiVO4
1.2.1.1. Đặc điểm cấu tạo của BiVO4
Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể của BiVO4 ở dạng monoclinic-scheelite (a) và cấu
trúc đa diện của BiVO4
BiVO4 có thể tồn tại ở ba dạng monoclinic-scheelite (s-m), tetragonal- scheelite (s-m) và cấu trúc zircon với pha tetragonal (z-t) [7], [34], [41]. Đối với dạng monoclinic (s-m), bitmut liên kết với oxi trong cấu trúc tứ diện của VO43- khi đó V là nguyên tử trung tâm với bốn đỉnh là oxi [45].
BiVO4 tồn tại dạng cấu trúc gồm trong đó cấu trúc đơn tà được quan tâm nghiên cứu rộng rãi với các đặc điểm và tính chất vật lý được trình bày ở Bảng 1.1 và Bảng 1.2 như sau:
Bảng 1.1. Bảng độ dài liên kết Bi-O và V-O của BiVO4 dạng cấu trúc đơn tà [45]
Cấu trúc tinh thể Độ dài liên kết (Å)
Đơn tà
Bi-O V-O
2,354 × 2 1,69 × 2 2,372 × 2 1,77 × 2 2,628 × 2 1,72 × 2
Bảng 1.2. Bảng tính chất vật lý và thông số cấu trúc của dạng đơn tà BiVO4 [45]
Công thức BiVO4
Danh pháp Bismuth orthovanadate, bismuth vanadate
Màu sắc Vàng tươi, mịn Khối lượng phân tử (g/mol) 323,92
Nhiệt độ nóng chảy (oC) 934 Nhiệt độ sôi (oC) 1997
Độ hòa tan trong nước Không hòa tan trong nước nhưng tan mạnh trong axit
Khả năng cháy Không dễ cháy
Độ ổn định Ổn định trong điều kiên thường Tỉ trọng (g/cm3) 6,98
Năng lượng vùng cấm (eV) 2,4 (m-BiVO4); 2,9 (t-BiVO4) Tham số ô mạng cơ sở (Å)
a = 5,195; b = 11,701; c = 5,092; β = 90,38
1.2.1.2. Đặc tính của BiVO4
Những năm gần đây, bismuth orthovanadate, với độ rộng vùng cấm khoảng 2,4 eV (Hình 1.3) được nghiên cứu nhiều do hoạt tính quang xúc tác cao của nó trong vùng ánh sáng nhìn thấy và được coi như là một trong những vật liệu có khả năng thay thế cho vật liệu xúc tác quang truyền thống titan đioxit. Các nghiên cứu hiện nay tập trung vào việc tìm ra những phương pháp, quy trình chế tạp mới và nâng cao hoạt tính quang xúc tác. Cũng giống như các vật liệu xúc tác quang khác, hoạt tính quang xúc tác của BiVO4 phụ thuộc chặt chẽ vào dạng thù hình (hay cấu trúc tinh thể). Trong ba pha tinh thể của BiVO4, pha tinh thể monoclinic-scheelite có hoạt tính quang xúc tác là lớn nhất [10], [32] và hoạt tính quang xúc tác của BiVO4 (z-t) là không đáng kể [38]. Quá trình chuyển đổi không thể đảo ngược từ dạng monoclinic-scheelite sang cấu trúc zircon-tetragonal. Nhưng sự chuyển đổi có thể xảy ra giữa các monoclinic-scheelite và cấu trúc tetragonal-scheelite ở nhiệt độ 255 oC, khi đó BiVO4 (z-t) có thể được chuyển thành BiVO4 (s-m) sau khi gia nhiệt tại 400 – 600 oC [34]. Trong cấu trúc đơn tà, cấu hình electron của Bi+3 là 5d10, 6s2, V+5 là 3d0, và O2- là 2p6. Tại vùng hóa trị tồn tại O 2p và Bi 6s, trong khi vùng dẫn được hình thành bởi obitan 3d của V+5, sự kết hợp giữa O 2p và Bi 6p làm cho khoảng cách vùng band gap giảm. Các obitan s, p có độ phân tán lớn, độ linh hoạt electron quang sinh tăng vùng dẫn nên thúc đẩy hoạt động xúc tác quang [45], [52].
Hình 1.4. Độ rộng vùng cấm của BiVO4