Síntesis de las fases monoclínica y tetragonal del vanadato de bismuto (BiVO4) asistida por ondas ultrasónicas, caracterización y fotocatálisis bajo radiación solar

Abstract

Se ha sintetizado el vanadato de bismuto (BiVO4) asistida por ondas ultrasónicas. Se han obtenido sus fases esquelita monoclínica (ms-BiVO4), tetragonal circonio (zt- BiVO4) y mezcla de estas, a partir de los precursores Bi(NO3)3.5H2O y NH4VO3. Para la síntesis, se realizaron dos procedimientos similares, pero con la variante de la agitación magnética en uno de ellos. Para la obtención de las fases cristalinas del BiVO4 se utilizó cantidades estequiométricas de los precursores; 4,85 g de Bi(NO3)3.5H2O y 1,17 g de NH4VO3 que se mezclaron en 60 ml de agua destilada. Se llevó a agitación magnética por un tiempo de 30 a 40 min a una temperatura entre 50 y 65 ◦C, en el caso de la fase tetragonal no se realizó la agitación. El tiempo de exposición a las ondas ultrasónicas fue entre 10 min y 2 h a una temperatura entre 48 y 56 ◦C. Terminado el proceso se realizó la filtración, la muestra se secó en una estufa a una temperatura de 80 ◦C por un tiempo de 1,5 h. Luego, se molió y se almacenó. La caracterización del material se llevó a cabo mediante difracción de rayos X y espectroscopía Raman. Estas técnicas confirmaron que las fases obtenidas correspondían al ms-BiVO4, zt-BiVO4 y a la mezcla de estas fases. El espectro de reflectancia difusa, el modelo de Kubelka-Munck y la ecuación de Tauc nos permitieron calcular la banda prohibida de las muestras que fueron 2,49 eV, para la fase monoclínica, y 2,92 eV, para la fase tetragonal. La microscopía electrónica de barrido permitió observar la morfología de las muestras donde se aprecia la formación de cristales entre 1 µm y 1,5 µm, para la fase ms-BiVO4, y conglomerados de tamaños entre 2 µm y 5 µm, para la fase zt-BiVO4. Por último, para estudiar las propiedades foto catalíticas del BiVO4 se utilizó una solución del colorante orgánico azul de metileno (10 mg/l). La fuente de radiación para la fotocatálisis fue la radiación solar del día 20 de febrero del 2020, un día soleado de verano. La irradiancia solar fue de 952,84 W/m2. La fase monoclínica y tetragonal degradaron 44,82 % y 15,09 % del colorante, respectivamente.