Просторова будова та електронні спектри поглинання наночастинок неорганічного пігменту ортованадату бісмуту
In recent years, researchers have focused their attention on the creation and study of the properties of relatively low-toxic pigments based on mixed oxides, in particular, yellow bismuth orthovanadate BiVO4, using experimental and theoretical methods. The work performes a systematic quantum chemica...
Saved in:
| Date: | 2025 |
|---|---|
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2025
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/796 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Surface |
Institution
Surface| _version_ | 1869292009664020480 |
|---|---|
| author | Гребенюк, А. Г. |
| author_facet | Гребенюк, А. Г. |
| author_institution_txt_mv | [] |
| author_sort | Гребенюк, А. Г. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-02-12T08:53:33Z |
| description | In recent years, researchers have focused their attention on the creation and study of the properties of relatively low-toxic pigments based on mixed oxides, in particular, yellow bismuth orthovanadate BiVO4, using experimental and theoretical methods. The work performes a systematic quantum chemical analysis of the spatial structure and energy characteristics, as well as electronic absorption spectra of molecular models for this substance with the zircon ZrSiO4 structure ZrSiO4, which consist of 1–14 formula units. The structure and properties of the considered molecular models were studied by the method of electron density functional theory within both stationary (DFT) and non-stationary (TDDFT) versions with the SBKJC basis set using the PC GAMESS software package. Equilibrium molecular models contain tricoordinate oxygen atoms adjacent to tetracoordinate vanadium atoms and octacoordinate bismuth atoms (some of the bismuth atoms on the cluster surface may have lower coordination numbers). Simple chains of bismuth orthovanadate, which include 1, 2, and 3 formula units of the substance, are too small to reflect the properties of polymorphic modifications of the substance. In model structures formed by closely spaced simple chains, the coordination number of vanadium atoms remains 4, and their length is 1.692–1.723 Å, while bismuth atoms increase the coordination number up to 8 (with the length of the 6 Bi-O bonds increasing to 2.300–2.460 Å and a pair of short contacts of 2.900 Å being added). The energy gap width of these particles decreases, which corresponds to a bathochromic shift of the maxima in the electronic absorption spectra of the models, and maxima appear in the visible range, which correspond to a yellow color, consistent with the experiment. The impurity phase of bismuth orthovanadate in the isostructural environment of colorless zircon was mimicked by a structure containing 14 formula units. The results of the calculations show that the models with highly coordinated bismuth atoms in the center of the cluster have almost the same energy gap values, and narrow bands are present in the corresponding electronic absorption spectra, corresponding to the yellow-orange color, and the dilution of bismuth orthovanadate in the isostructural zircon matrix increases the intensity of the pigment color. |
| doi_str_mv | 10.15407/Surface.2025.17.062 |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:49Z |
| format | Article |
| fulltext | |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-796 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-29T01:16:19Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7962026-02-12T08:53:33Z Spatial structure and electronic absorption spectra of inorganic pigment bismuth orthovanadate nanoparticles Просторова будова та електронні спектри поглинання наночастинок неорганічного пігменту ортованадату бісмуту Гребенюк, А. Г. inorganic pigments bismuth orthovanadate zircon cluster electronic absorption spectra quantum chemical modeling electron density functional theory method неорганічні пігменти ортованадат бісмуту циркон кластер електронні спектри поглинання квантовохімічне моделювання метод теорії функціоналу електронної густини In recent years, researchers have focused their attention on the creation and study of the properties of relatively low-toxic pigments based on mixed oxides, in particular, yellow bismuth orthovanadate BiVO4, using experimental and theoretical methods. The work performes a systematic quantum chemical analysis of the spatial structure and energy characteristics, as well as electronic absorption spectra of molecular models for this substance with the zircon ZrSiO4 structure ZrSiO4, which consist of 1–14 formula units. The structure and properties of the considered molecular models were studied by the method of electron density functional theory within both stationary (DFT) and non-stationary (TDDFT) versions with the SBKJC basis set using the PC GAMESS software package. Equilibrium molecular models contain tricoordinate oxygen atoms adjacent to tetracoordinate vanadium atoms and octacoordinate bismuth atoms (some of the bismuth atoms on the cluster surface may have lower coordination numbers). Simple chains of bismuth orthovanadate, which include 1, 2, and 3 formula units of the substance, are too small to reflect the properties of polymorphic modifications of the substance. In model structures formed by closely spaced simple chains, the coordination number of vanadium atoms remains 4, and their length is 1.692–1.723 Å, while bismuth atoms increase the coordination number up to 8 (with the length of the 6 Bi-O bonds increasing to 2.300–2.460 Å and a pair of short contacts of 2.900 Å being added). The energy gap width of these particles decreases, which corresponds to a bathochromic shift of the maxima in the electronic absorption spectra of the models, and maxima appear in the visible range, which correspond to a yellow color, consistent with the experiment. The impurity phase of bismuth orthovanadate in the isostructural environment of colorless zircon was mimicked by a structure containing 14 formula units. The results of the calculations show that the models with highly coordinated bismuth atoms in the center of the cluster have almost the same energy gap values, and narrow bands are present in the corresponding electronic absorption spectra, corresponding to the yellow-orange color, and the dilution of bismuth orthovanadate in the isostructural zircon matrix increases the intensity of the pigment color. В останні роки увагу дослідників було зосереджено на створенні і дослідженні властивостей експериментальними та теоретичними методами порівняно малотоксичних пігментів на основі мішаних оксидів, зокрема, жовтого ортованадату бісмуту BiVO4. У роботі виконано систематичний квантовохімічний аналіз просторової будови та енергетичних характеристик, а також електронних спектрів поглинання молекулярних моделей цієї речовини зі структурою циркону ZrSiO4, які складаються з 1–14 формульних одиниць. Будова і властивості розглянутих молекулярних моделей вивчались методом теорії функціоналу електронної густини у стаціонарному (DFT) та нестаціонарному (TDDFT) варіантах з базисним набором SBKJC із використанням програмного комплексу PC GAMESS. Рівноважні молекулярні моделі містять трикоординовані атоми кисню, які сусідять з тетракоординованими атомами ванадію та октакоординованими атомами бісмуту (частина атомів бісмуту на поверхні кластера можуть мати менші координаційні числа). Прості ланцюги ортованадату бісмуту, які включають 1, 2 та 3 формульні одиниці речовини, надто малі, аби відбивати властивості поліморфних модифікацій речовини. В модельних структурах, утворених близько розташованими простими ланцюгами, координаційне число атомів ванадію залишається рівним 4, а їхня довжина становить 1.692–1.723 Å, тоді як атоми бісмуту підвищують координаційне число аж до 8 (при цьому довжина 6 зв’язків Bi–O збільшується до 2.300–2.460 Å і додається пара коротких контактів 2.900 Å). Ширина енергетичної щілини цих частинок зменшується, що відповідає батохромному зсуву максимумів в електронних спектрах поглинання моделей, і з’являються максимуми у видимому діапазоні, які відповідають жовтому забарвленню, що узгоджується з експериментом. Домішкова фаза ортованадату бісмуту в ізоструктурному середовищі безбарвного циркону моделювалась структурою, що містить 14 формульних одиниць. Із результатів розрахунків випливає, що моделі з висококоординованими атомами бісмуту в центрі кластера мають майже однакові величини енергетичної щілини, а у відповідних електронних спектрах поглинання наявні вузькі смуги, що відповідають жовто-оранжевому забарвленню, а розведення ортованадату бісмуту в ізоструктурній матриці циркону підвищує інтенсивність забарвлення пігменту. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2025-11-26 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/796 10.15407/Surface.2025.17.062 Surface; No. 17(32) (2025): Surface; 62–71 Поверхность; № 17(32) (2025): Поверхня; 62–71 Поверхня; № 17(32) (2025): Поверхня; 62–71 3154-8091 3154-8083 10.15407/Surface.2025.17 uk https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/796/806 Авторське право (c) 2025 А. Г. Гребенюк |
| spellingShingle | неорганічні пігменти ортованадат бісмуту циркон кластер електронні спектри поглинання квантовохімічне моделювання метод теорії функціоналу електронної густини Гребенюк, А. Г. Просторова будова та електронні спектри поглинання наночастинок неорганічного пігменту ортованадату бісмуту |
| title | Просторова будова та електронні спектри поглинання наночастинок неорганічного пігменту ортованадату бісмуту |
| title_alt | Spatial structure and electronic absorption spectra of inorganic pigment bismuth orthovanadate nanoparticles |
| title_full | Просторова будова та електронні спектри поглинання наночастинок неорганічного пігменту ортованадату бісмуту |
| title_fullStr | Просторова будова та електронні спектри поглинання наночастинок неорганічного пігменту ортованадату бісмуту |
| title_full_unstemmed | Просторова будова та електронні спектри поглинання наночастинок неорганічного пігменту ортованадату бісмуту |
| title_short | Просторова будова та електронні спектри поглинання наночастинок неорганічного пігменту ортованадату бісмуту |
| title_sort | просторова будова та електронні спектри поглинання наночастинок неорганічного пігменту ортованадату бісмуту |
| topic | неорганічні пігменти ортованадат бісмуту циркон кластер електронні спектри поглинання квантовохімічне моделювання метод теорії функціоналу електронної густини |
| topic_facet | inorganic pigments bismuth orthovanadate zircon cluster electronic absorption spectra quantum chemical modeling electron density functional theory method неорганічні пігменти ортованадат бісмуту циркон кластер електронні спектри поглинання квантовохімічне моделювання метод теорії функціоналу електронної густини |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/796 |
| work_keys_str_mv | AT grebenûkag spatialstructureandelectronicabsorptionspectraofinorganicpigmentbismuthorthovanadatenanoparticles AT grebenûkag prostorovabudovataelektronníspektripoglinannânanočastinokneorganíčnogopígmentuortovanadatubísmutu |