Vanadate de bismuth

	Vanadate de bismuth
	Ions constitutifs du vanadate de bismuth
Identification
No CAS	14059-33-7
No ECHA	100.034.439
No CE	237-898-0
PubChem	20243764
Apparence	solide
Propriétés chimiques
Formule	BiVO4
Masse molaire	323,919 5 ± 0,001 3 g/mol ; Bi 64,52 %, O 19,76 %, V 15,73 %,
Propriétés physiques
T° fusion	958 °C
Solubilité	< 1 μg·L-1 à 20 °C
Masse volumique	6,25 g·cm-3 à 25 °C
Cristallographie
Système cristallin	Orthorhombique
Classe cristalline ou groupe d’espace	Pnca (no 60)
Précautions
SGH
	; AttentionH373
NFPA 704
	0 2 0
	Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
	modifier

Le vanadate de bismuth ou orthovanadate de bismuth est un composé chimique de formule BiVO₄. Il se présente sous la forme d'un solide de couleur jaune tirant sur le vert, connu à ce titre comme pigment minéral Colour Index Pigment Yellow 184^[4], ou jaune de bismuth ; il est utilisé à la place d'autre pigments minéraux tels que le chromate de plomb PbCrO₄ et le sulfure de cadmium CdS, qui sont toxiques. Il est largement employé comme photocatalyseur dans le spectre visible avec une largeur de bande interdite inférieure à 2,4 eV^[5]. Les substances disponibles dans le commerce contiennent souvent également du molybdène et du tungstène substitué au vanadium dans leur structure cristalline. On le trouve naturellement dans quelques minéraux rares tels que la pucherite, la clinobisvanite (ca) et la dreyerite (ca).

Il cristallise naturellement dans le système orthorhombique (pucherite) avec le groupe d'espace Pnca (n^o 60) et les paramètres a = 533 pm, b = 505 pm et c = 1 200 pm^[6], tandis qu'on l'obtient sous forme synthétique dans le système monoclinique avec le groupe d'espace I2/a (n^o 15)^[7]. La stabilité de ce dernier est améliorée par une modification tétragonale pure du groupe d'espace I4₁/a (n^o 88) à structure scheelite obtenue en présence d'ions de molybdène ou de tungstène, éventuellement en combinaison avec des ions de métaux alcalino terreux. Le vanadate de bismuth produit en présence de molybdate de sodium Na₂MoO₄ présente ainsi une structure tétragonale avec les paramètres a = 514,7 pm et c = 1 172,2 pm^[8].

La plupart des pigments de vanadate de bismuth commerciaux utilisent le polymorphe monoclinique (clinobisvanite) ou tétragonal (dreyerite) pur, bien que des systèmes à deux phases ayant un rapport 4:3 entre le vanadate de bismuth et le molybdate de bismuth Bi₂MoO₆ aient été utilisés par le passé^[9]. Le BiVO₄ monoclinique est un semiconducteur photoactif de type n ayant une largeur de bande interdite de 2,4 eV qui a été étudié pour des applications de craquage de l'eau après dopage au tungstène et au molybdène^[9]. Des photo-anodes en vanadate de bismuth ont montré une très bonne efficacité de conversion énergétique du solaire vers l'hydrogène, atteignant 5,2 % pour les couches minces^[10]^,^[11] et 8,2 % pour les nanotiges cœur/coquille (en) WO₃/BiVO₄^[12]^,^[13]^,^[14], le tout avec des matériaux plutôt simples et bon marché.

On peut obtenir du vanadate de bismuth en faisant réagir de l'oxyde de bismuth(III) Bi₂O₃ avec de l'oxyde de vanadium(V) V₂O₅ à l'état solide :

Bi₂O₃ + V₂O₅ ⟶ 2 BiVO₄.

Il peut également être obtenu comme précipité à partir d'une solution de nitrate de bismuth(III) Bi(NO₃)₃ et de métavanadate de sodium (en) NaVO₃ en présence d'hydroxyde de sodium NaOH :

Bi(NO₃)₃ + NaVO₃ (en) + 2 NaOH ⟶ BiVO₄↓ + 3 NaNO₃ + H₂O.

La nuance de couleur du pigment dépend fortement de la température, du pH et de la concentration au cours la précipitation. Dans le cas des produits fabriqués industriellement, un post-traitement est souvent appliqué pour accroître la résistance aux alcalis ou aux intempéries^[15].

Notes et références

↑ ^{a b c d et e} Entrée « Bismuth vanadate » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 12 mai 2021 (JavaScript nécessaire)
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[GESTIS-1] {a b c d et e} Entrée « Bismuth vanadate » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 12 mai 2021 (JavaScript nécessaire)

[2] Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.

[aa-3] « Fiche du composé Bismuth vanadium oxide, 99.9% (metals basis) », sur Alfa Aesar (consulté le 12 mai 2021).

[4] (en) B. Gunter, « Inorganic Colored Pigments », Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2012.

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[euh-7] (en) W. I. F. David et A.M. Glazer, Phase Transitions, vol. 1, 1979, p. 155–170.

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[10.1007%2Fs13204-018-0759-z-14] (en) Sonya Kosar, Yuriy Pihosh, Raman Bekarevich, Kazutaka Mitsuishi, Kazuma Mawatari, Yutaka Kazoe, Takehiko Kitamori, Masahiro Tosa, Alexey B. Tarasov, Eugene A. Goodilin, Yaroslav M. Struk, Michio Kondo et Ivan Turkevych, « Highly efficient photocatalytic conversion of solar energy to hydrogen by WO₃/BiVO₄ core–shell heterojunction nanorods », Applied Nanoscience, vol. 9, n^o 5,‎ juillet 2019, p. 1017-1024 (DOI 10.1007/s13204-018-0759-z, lire en ligne)

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Vanadate de bismuth

Notes et références

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