钒酸铋背后的科学:性质和应用

钒酸铋是一种亮黄色无机化学品，它不含对人体有害的重金属元素，是一种环保低碳的金属氧化物质。钒酸铋具有多种晶相，不同晶相的钒酸铋具有不同的性质和应用。

钒酸铋的开发

黄色是一种十分醒目的颜色，据资料显示，人们只对400~700nm波长的光最敏感，而在波长555nm处，人眼的感受性最高，它的色调处于黄绿区。因此，凡是需要人们高度注目的地方，如交通标识、出租车、电话亭、起重机械、邮政设施等，一般都涂成醒目、单一的黄色。而铅铬黄虽然在无机黄色颜料中占有难以动摇的位置，但因是含铅颜料，使其始终无法得到广泛推广与应用。另外，欧盟在1992年立法规定，所有铅化合物以及铅含量不低于0.5%的化合物均被列为危害品，所以工业用漆所用颜料无铅化倾向日益增强。同时氧化铁黄的色相又不够鲜艳，性能优越的有机黄颜料品种其价格又太昂贵或遮盖力、耐候等性能不强，人们希望开发一种色泽鲜艳，性能良好、不含铅、无毒的新黄色颜料品种。铋黄就是在此背景下被研制开发出来。

钒酸铋的低碳性能

钒酸铋除了做为着色剂的性质，它还具有光催化性能。钒酸铋在接触太阳和荧光灯的光的时候能够促进化学反应，它能够杀灭大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯氏菌、 绿脓杆菌、病毒等。除此之外，钒酸铋也被应用到办公或家居环境中，分解空气中有机化合物及有毒物质，如苯、甲醛、氨、TVOC等，起到净化空气的作用。钒酸铋不仅能加速化学反应，亦能运用自然界的定侓，不造成资源浪费与附加污染形成，这是符合低碳经济的发展需求的。

钒酸铋的晶体结构

钒酸铋已知的晶格结构有以下四种，根据晶格结果的不同，其应用也不同：

1. 四方晶，系白钨矿型晶体，可做黄色颜料；

2. 四方晶，系硅酸锆型晶体，呈很浅的黄色；

3. 正交晶，系钒酸矿型晶体，自然界中存在的钒酸铋矿为棕色；

4. 单斜晶，可做黄色颜料。

   
   

钒酸铋的应用

1. 各种黄色交通标志

2. 适用于涂料、油墨添加

3. 可用于汽车面漆、橡胶制品和塑料制品的着色等各项性能要求很高的场合

4. 钒酸铋因其高环保、无毒的性能，使其也可广泛应用于食品、玩具等领域。

5. 钒酸铋在光催化等领域也具有广阔的应用前景。

钒酸铋的颜料特性

钒酸铋是进入颜料领域的新型颜料之一。该颜料以钒酸铋(BiVO4)为基本发色成分，颜色为饱和度很高的带绿色调的亮黄色，对580nm波长光线的反射率与镉黄和铬黄一样高，故可以不用拼配有机颜料，直接取代镉黄和铬黄，这就从根本上解决了在生产和使用颜料时的毒害。不仅使人们的健康得到保障，而且将使颜料的使用范围进一步地扩大。该颜料有很好的耐光性，且耐酸、耐碱、耐各种溶剂和二氧化硫，其耐热达到200度以上。

钒酸铋的光催化性

BiVO4是一种非TiO2基的可见光半导体光催化剂。BiVO4有3种晶体结构，分别是单斜白钨矿、四方锆石和四方白钨矿，其中，当四方锆石可以在加热的条件下向单斜白钨矿结构转化(加热到670~670K时)，单斜白钨矿和四方白钨矿型也可以相互转化(528K)。四方单斜相BiVO4的可见光活性最高。具有白钨矿结构(单斜晶系)的BiVO4在可见光照射下表现出极好的催化活性，比典型的光催化剂WO3(禁带2.8eV)具有更高制氧活性，在450nm处的量子效率可以达到9%。这使得BiVO4在可见光催化领域的研究越来越受到重视。

钒酸铋（BiVO4）作为一种新的可见光活性催化剂可以提供较大的表面积和孔径，有利于底物与催化剂活性位点的接触。因此，钒酸铋（BiVO4）表现出优异的光催化性能。但由于纯钒酸铋（BiVO4）的吸附性能差，光生电子空穴对难以迁移，导致其光催化效率低，限制了其应用。为了克服这些障碍，负载金属或金属氧化物总是可以通过将光生电子与空穴分离来增强催化剂的光催化活性。

钒酸铋的制备方法

1. 水溶液沉淀法：将Bi3+和V5+盐高纯度溶液在一定条件下生成Bi-V氧化物-氢氧化物胶体。提高温度进行结晶，形成沉淀粗颜料。可用磷酸盐或氧化物包覆改进性能。

2. 煅烧法：一定比例的氧化物加少量促进剂。可用上述得到的干胶体代替母体，600℃以上煅烧形成颜料结晶。用碱洗涤可溶成分。

总结

钒酸铋(BiVO4)作为一种新型的无机颜料，具有化学惰性，对紫外线稳定。无渗色及无迁移。其较好的耐用性和遮盖力，通常用于有耐光和耐气候老化要求的应用。

钒酸铋(BiVO4)作为一种新型的可见光半导体材料,能够吸收可见光,开发研究具有高效可见光活性的BiVO4基复合光催化材料,对于提高太阳能利用率具有重要意义。