Свинец висмутат - Lead bismuthate

Висмутат свинца образует пятивалентную структуру.[1] Шесть атомов кислорода октаэдрически координированы с каждым атомом висмута. За счет разделения ребер атомов кислорода Bi2О62− слой формируется. Положительно заряженные атомы свинца распределены между слоями, образуя гексагональную элементарную ячейку с атомом свинца в каждом из углов.

Свинец висмутат является сверхпроводником с формулой Pb(BiO3)2. был обнаружен только в последние годы[когда? ] в лаборатории, поскольку он не встречается в природе. Висмутат свинца образует пятивалентную структуру, значительно отличающуюся от обычных ионных взаимодействий висмутат натрия, но аналогичен висмутату стронция.[1] В структуре шесть атомов кислорода октаэдрически координированы как с атомами висмута, так и с атомами свинца. Атомы висмута и кислорода образуют отрицательно заряженные слои, создавая повторяющиеся слои. октаэдрические геометрии. Затем положительно заряженные атомы свинца распределяются внутри слоев, образуя гексагональную элементарную ячейку с атомом свинца в каждом из углов. Плотность кристалла 9,18 г / см.3. Вес формулы составляет 233,99 г / моль.[1] Объем блока кристаллической структуры 169,26 А3. Параметры решетки (а) - 5,321 ангстрем.

Использует

Свойства полупроводника

Одним из первых применений висмутата свинца была его способность быть полупроводник. При легировании металлом, который имеет на один электрон меньше (легирование p-типа), он имеет способность проводить. Его коэффициент полезного действия также увеличивается до диапазона от 0,2 до 0,6.[2] Его применение в качестве полупроводника включает смешивание Bi2О3, PbO и SiO2, в краску и покройте солнечные батареи краской. Различные растворители и состав трех химикатов дали разную эффективность полупроводников.

Стеклянные аппликации

Висмутат свинца имеет широкий диапазон пропускания в ИК-спектрах.7 При легировании Li2O, чтобы сформировать Ли2О- [Би2О3-PbO], коэффициент пропускания может превышать 10-15 микрометров. На рисунке выше показаны ИК-спектры стекла состава 30Li2O-35 [Bi2O3-PbO], содержащего 30 мол.% Li2О.[3]
Введение различных мольных концентраций Li2O в структуру висмутата свинца с образованием Li2О- [Би2О3-PbO] может увеличивать спектры пропускания свинцово-висмутатного стекла в видимом диапазоне и за его пределами.7 На рисунке показаны УФ-видимые спектры композиций свинцово-висмутатного стекла с (a) 20, (b) 30, (c) 40, ( г) 50 и (д) 60 мол.% Li2О.[3]

Свинцово-висмутатное стекло широко используется в промышленности и электротехнике. Свинцово-висмутатное стекло имеет плотность в диапазоне 7,639-7,699 г / см.3 и показатель преломления в пределах 2,47–2,9.[1] Но что наиболее важно, свинцово-висмутатное стекло имеет уникально большое окно пропускания, содержащее длины волн в инфракрасном (ИК) и УФ-видимом диапазонах.[4] Благодаря этому висмутат свинца может использоваться в спектральных устройствах, таких как оптические переключатели и фотоионические устройства, системы обнаружения, основанные на чувствительности к инфракрасному (ИК) и тепловому излучению, лазерные материалы, оптические волноводы и чертежи волокон без кристаллов.[5] Хотя, к сожалению, свинцово-висмутатное стекло само по себе не образуется и его довольно сложно сделать. Поскольку висмутат свинца плавится в процессе формирования стекла, он становится менее стабильным и имеет тенденцию кристаллизоваться при понижении температуры, создавая менее полупрозрачный и глянцевый продукт.[2] Свинцовый висмутат имеет высокий парамагнитный содержание ионов. Таким образом, висмутат свинца в сочетании с увеличивающимися концентрациями катионов металлов или аддуктов оксидов, таких как Fe2О3, MnO или Gd2О3 увеличивает эффект стабилизации и окно пропускания висмутата свинца, что приводит к кристаллизации структуры стекла.[6] Например, варьируя молярный процент Li2O в свинцово-висмутатном стекле с формулой Li2О- [Би2О3-PbO] может увеличить диапазон пропускания до длин волн, превышающих 10-15 микрометров в ИК-спектрах и 420-450 нм в УФ-видимых спектрах.[3] Исследователи работают над улучшением висмутата свинца, расширяя окно передачи, чтобы соответствовать еще большему количеству оптических приложений. В частности, исследования показали, что при одновременном использовании достаточных количеств оксидов бария и цинка для стабилизации свинцово-висмутатных стекол снижение пропускания инфракрасного излучения становится незначительным по сравнению со стабильностью стекла.[2] Однако эти оксиды не равны и не могут быть полностью замещены друг другом. Следовательно, оба из них должны быть доступны и использоваться вместе, чтобы минимизировать кристаллизацию и улучшить стабилизацию стекла, чтобы было только небольшое снижение пропускания инфракрасного излучения.[2]

Приложения для органического разложения

Висмутат свинца фотокаталитически активен. Его можно использовать для разложения органических соединений при облучении видимым светом.[7] Это полезно для защиты окружающей среды и очистки воды. Однако висмутат свинца не так эффективен при разложении органических веществ, как оксиды или висмутаты других металлов, из-за его широкой валентной зоны и небольшой ширины запрещенной зоны.[7]

Примечания

  1. ^ а б c d Кумада, Нобухиро; Миура, Акира; Такеи, Такахиро; Яшима, Масатомо (2014). «Кристаллические структуры пятивалентного висмутата, SrBi2O6 и оксида свинца висмута (Pb1 / 3Bi2 / 3) O1.4». Журнал азиатских керамических обществ. 2 (2): 150–153. Дои:10.1016 / j.jascer.2014.02.002.
  2. ^ а б c d США 3723141, Dumbaugh, W., "Инфракрасные пропускающие свинцово-висмутатные очки", выпущенные 27 марта 1973 г. 
  3. ^ а б c Пан, А; Гош, А (01.06.2000). «Новое семейство свинцово-висмутатного стекла с большим пропускающим окном». Журнал некристаллических твердых тел. 271 (1): 157–161. Дои:10.1016 / S0022-3093 (00) 00111-3. ISSN  0022-3093.
  4. ^ Кумада, Нобухиро; Сюй, Нан; Миура, Акира; Такей, Такахиро (2014). «Получение и фотокаталитические свойства новых висмутатов кальция и свинца». Журнал Японского керамического общества. 122 (1426): 509–512. Дои:10.2109 / jcersj2.122.509. ISSN  1882-0743.
  5. ^ Lin, H .; Pun, E. Y.B .; Chen, B.J .; Чжан Ю. Ю. (1 марта 2008 г.). «Висмутатные стекла, не содержащие свинца и кадмия, легированные редкоземельными ионами». Журнал прикладной физики. 103 (5): 056103. Дои:10.1063/1.2891252. ISSN  0021-8979.
  6. ^ Саймон, S; Поп, R; Саймон, V; Coldea, M (1 декабря 2003 г.). «Структурные и магнитные свойства свинцово-висмутат оксидных стекол, содержащих парамагнитные ионы в S-состоянии» (PDF). Журнал некристаллических твердых тел. 331 (1): 1–10. Дои:10.1016 / j.jnoncrysol.2003.08.079. ISSN  0022-3093.
  7. ^ а б Такеи, Такахиро; Харамото, Рие; Дун, Цян; Кумада, Нобухиро; Ёнэсаки, Ёсинори; Киномура, Нобуказу; Мано, Такаяки; Нисимото, Сюнсуке; Камешима, Йошикадзу; Мияке, Мичихиро (1 августа 2011 г.). «Фотокаталитическая активность различных пятивалентных висмутатов при облучении видимым светом» (PDF). Журнал химии твердого тела. 184 (8): 2017–2022. Дои:10.1016 / j.jssc.2011.06.004. ISSN  0022-4596.

Рекомендации