ЕЛЕКТРОХРОМНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОЛЬФРАМАТІВ ВІСМУТУ ТА НІКЕЛЮ
Films of bismuth and nickel tungstates were obtained by chemical and electrochemical synthesis. Bismuth tungstate was obtained by ionic layering and electrochemical deposition. Nickel tungstate (NiWO4) was obtained by combined synthesis methods: 1st - electrochemical synthesis and 2nd - combined ele...
Saved in:
| Date: | 2021 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
2021
|
| Online Access: | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/269 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Ukrainian Chemistry Journal |
| Download file: |  |
Institution
Ukrainian Chemistry Journal| _version_ | 1871465664494960640 |
|---|---|
| author | Smilyk , Vitaliy Fomaniyk, Sergii Kolbasov , Gennady Rysetskiy , Igor Danilov , Michael |
| author_facet | Smilyk , Vitaliy Fomaniyk, Sergii Kolbasov , Gennady Rysetskiy , Igor Danilov , Michael |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Vitaliy Smilyk ",
"institution": "Vernadsky Institute of general and inorganic chemistry of the Ukrainian National Academy of Sciences"
},
{
"author": "Sergii Fomaniyk",
"institution": "Vernadsky Institute of general and inorganic chemistry of the Ukrainian National Academy of Sciences"
},
{
"author": "Gennady Kolbasov ",
"institution": "Vernadsky Institute of general and inorganic chemistry of the Ukrainian National Academy of Sciences"
},
{
"author": "Igor Rysetskiy ",
"institution": "Vernadsky Institute of general and inorganic chemistry of the Ukrainian National Academy of Sciences"
},
{
"author": "Michael Danilov ",
"institution": "Vernadsky Institute of general and inorganic chemistry of the Ukrainian National Academy of Sciences"
}
] |
| author_sort | Smilyk , Vitaliy |
| baseUrl_str | https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T08:23:45Z |
| description | Films of bismuth and nickel tungstates were obtained by chemical and electrochemical synthesis. Bismuth tungstate was obtained by ionic layering and electrochemical deposition. Nickel tungstate (NiWO4) was obtained by combined synthesis methods: 1st - electrochemical synthesis and 2nd - combined electrochemical and thermochemical synthesis. The obtained materials have good adhesion with an optically transparent SnO2 substrate. It is shown that the mechanism of electrochemical formation of Bi2WO6 and NiWO4 films is similar to the processes of WO3 formation as a result of electroreduction of peroxide-complex compounds based on tungstate ions, which were studied in detail in. From the data of coloring kinetics the speed, efficiency and stability of electrochromic material depending on its cycling time are estimated. It is shown that tungstates can cycle for a long time with galvanostatic current change and different potentials. Comparison of electrochromic properties of nickel and bismuth tungstate films obtained by ionic stratification, electrodeposition and combined electrochemical and thermochemical methods showed that polycrystalline films have a lower color contrast compared to films obtained by electrodeposition. Using X-ray phase analysis, it was found that the structure of the obtained materials depended on the method of production. Comparison of X-ray diffraction data for chemically and electrochemically obtained Bi2WO6 showed that the films obtained by electrochemical deposition have more amorphous structure, possibly with inclusions of orthorhombic Bi2WO6 and hexagonal WO3 crystallites, while the films obtained by ionic layering have a layer of polycrystals, indicates the fine-grained obtained crystallites. The studied properties of Bi2WO6 and NiWO4 meet the requirements for electrochromic materials in terms of providing high color contrast in the visible part of the spectrum. |
| doi_str_mv | 10.33609/2708-129X.87.01.2021.3-12 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:43:36Z |
| format | Article |
| fulltext |
3
УДК 544.6.018. doi: 10.33609/2708-129X.87.01.2021.3-12
ЕЛЕКТРОХРОМНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОЛЬФРАМАТІВ ВІСМУТУ
ТА НІКЕЛЮ
Смілик В. О., Фоманюк С. С., Колбасов Г. Я., Русецький І. А., Данілов М. О.
1 Інститут загальної та неорганічної хімії імені В. І. Вернадського НАН України,
просп. Академіка Палладіна, 32/34, Київ 03142, Україна
*е-mail: VitaliySmilyk@i.ua
Методом хімічного та електрохімічного синтезу було отримано плівки вольфрама‑
тів вісмуту та нікелю. Отримані матеріали мають хорошу адгезію з оптично прозорою
підкладкою SnO2. Показано, що вольфрамати можуть довго циклювати за гальваноста‑
тичної зміни струму та різних потенціалів. Порівняння електрохромних властивостей
плівок вольфраматів нікелю та вісмуту, отриманих іонним нашаруванням, електро
осадженням та комбінованим електрохімічним і термохімічним методами показало,
що полікристалічні плівки мають менший контраст забарвлення порівняно з плівками,
отриманими електроосадженням. За допомогою рентгенофазового аналізу було вияв‑
лено, що структура отриманих матеріалів залежала від способу отримання. Досліджені
властивості Bi2WO6 та NiWO4 задовольняють вимогам до електрохромних матеріалів у
плані забезпечення високого контрасту забарвлення у видимій ділянці спектру.
Ключові слова: електрохромізм, вольфрамат вісмуту, вольфрамат нікелю, інжекція,
екстракція.
ВСТУП. Вивчення фізико-хімічних
властивостей хромогенних матеріалів [1]
(тобто тих матеріалів, які володіють елек‑
трохромними, фотохромними або термо‑
хромними властивостями) та електронних
та іонних процесів, що протікають у таких
матеріалах, лежить у руслі такої актуальної
галузі досліджень фізико-хімічної електро‑
ніки і фізико-хімічного матеріалознавства,
як «розумні матеріали» [2]. Електрохро-
мізмом називають явище зворотної зміни
оптичних властивостей матеріалу (кольору
та/або світлопропускання) під дією елек‑
тричного поля. Зворотній електрохромний
ефект, який є предметом цього досліджен‑
ня, пов’язано з інжекцією електронів та
екстракцією катіонів (водню, лужних мета‑
лів) під дією електричного поля, як прави‑
ло, у контакті з електролітом. Слід зазначи‑
ти, що в останній час у світі актуалізували
дослідження електрохромізму з метою роз‑
роблення технологій виготовлення таких
пристроїв, як «розумні» скла і «розумний»
папір, гнучкі дисплеї і тонкоплівкові сен‑
сори [3]. Пристрої на основі електрохром‑
них матеріалів мають високу ефективність
ФІЗИЧНА ХІМІЯ ЕЛЕКТРОХРОМНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОЛЬФРАМАТІВ ВІСМУТУ ТА НІКЕЛЮ
4 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2021
забарвлення за відносно незначної кілько‑
сті електричних зарядів і володіють знач‑
ним поглинанням світла певних довжин
хвиль. Електрохромні матеріали можна
загалом поділити на дві групи: анодні ма‑
теріали, що забарвлюються в окисленому
стані, та катодні матеріали, коли забарв‑
лення проявляється у відновленому стані.
Типовим прикладом катодних електро‑
хромних матеріалів є триоксид вольфра‑
му і вольфрамат вісмуту [4]. Фактично на
сьогодні у світі все більшу увагу зосере‑
джують саме на гібридних електрохромних
пристроях, розроблених на основі тонких
плівок оксидів вольфраму та нікелю за ра‑
хунок їхнього спільного забарвлення. При‑
чому синій колір мають відновлені плівки
триоксиду вольфраму та коричневий – у
NiWO4. Тонкі плівки вольфрамату нікелю
мають сильний електрохромний ефект в
електроліті КСl, але вони також демонстру‑
ють і низьку стійкість при циклюванні в
таких електролітах. Порівняно з пристро‑
ями, заснованими на інших неорганічних
електрохромних матеріалах, електрохром‑
ні пристрої на основі триоксиду вольфра‑
му, зазвичай, володіють більш швидким
часом спрацьовування за зміни напруги
і більшою ефективністю забарвлення [5].
Тонкі плівки NiWO4 та Bi2WO6 володіють
електрохромними властивостями, які ана‑
логічні властивостям аморфних плівок
триоксиду вольфраму, але мають більшу
структурну стабільність при багаторазо‑
вому забарвленні. NiWO4 не розчиняється
у воді та має форму кристалів моноклінної
сингонії просторової групи P 21/c [6], що
дозволяє використовувати вольфрамат ні‑
келю як фотокаталізатори, датчики воло‑
гості та діелектричні резонатори [7]. Воль‑
фрамат вісмуту – Bi2WO6, має ширину забо‑
роненої зони 2,7 еВ. Тому він активно по‑
глинає світло у видимій ділянці сонячного
спектру.
На сьогодні в літературі є замало ін‑
формації щодо вивчення електрохромізму
вольфраматів вісмуту та нікелю. Тому акту‑
альним завданням є дослідження електро‑
хромного ефекту в зазначених матеріалах
та вивчення впливу структури на фізи‑
ко-хімічні властивості вольфраматів.
ЕКСПЕРИМЕНТ І ОБГОВОРЕННЯ РЕ-
ЗУЛЬТАТІВ. Вольфрамат вісмуту було
отримано методом іонного нашаруван‑
ня з розчинів хімічних реактивів класу
ч. д. а: Bi(NO3)3 = 8,5 г/л; Na2WO4 = 12,6 г/л
із промиванням у дистильованій воді та
електрохімічним осадженням із розчину
Bi2O3= 45 г/л; Na2WO4 = 100 г/л, 35% Н2О2 –
50 мл/л із доведенням розчину до рН = 1 азот‑
ною кислотою (55 мл) катодним струмом
1мА/см2.
Вольфрамат нікелю (NiWO4) було отри‑
мано комбінованими методами синтезу: 1-й
– електрохімічний синтез та 2-й – комбінова‑
ний електрохімічний та термохімічний син‑
тез. Електрохімічний синтез (NiWO4) здійс‑
нено з використанням розчину Ni(NO3)2 30
г/л Na2WO4 = 100 г/л, 35% Н2О2 – 50 мл/л із
доведенням розчину до рН = 1 азотною кис‑
лотою катодним струмом 1мА/см2.
За комбінованого методу отримання
NiWO4 спочатку електрохімічним методом
отримували триоксид вольфраму з розчину
Na2WO4 = 100 г/л, 35% Н2О2 – 50 мл/л із до‑
веденням розчину до рН = 1 азотною кис‑
лотою, а потім, крапаючи, наносили зверху
Ni(NO3)2. Після чого висушували отриману
плівку та відпалювали на повітрі за 500 °С.
За високої температури Ni(NO3)2 вигорає
УХЖ № 1 / Том 87Смілик В. О., Фоманюк С. С., Колбасов Г. Я., Русецький І. А., Данілов М. О.
5https://ucj.org.ua
до оксиду, який спікається з триоксидом
вольфраму за реакцією:
NiO+WO3 = NiWO4.
Вимірювання спектральних характерис‑
тик електрохромного забарвлення плівок
Bi2WO6 та NiWO4 проводили за допомогою
універсальної установки на базі однопро‑
меневого дифракційного спектрофотоме‑
тра типу «С-302», що забезпечував вимірю‑
вання спектральних характеристик у діапа‑
зоні довжин хвиль λ від 300 до 1300 нм. Ке‑
рування монохроматором здійснювали за
допомогою комплексу на базі персонально‑
го комп’ютера. Електрозабарвлення плівок
проводили поляризацією робочого елек‑
троду від потенціостату «ЕР-21». Кінетичні
вимірювання є найбільш інформативними
для характеристик електрохромних явищ.
Керувальний імпульс потенціалу зада‑
ної тривалості і амплітуди від генератора
сигналів Г6-26 подають на електрохромну
комірку, що являє собою модель електро‑
хромного індикатора. При цьому реєстру‑
ють динаміку зміни оптичних характерис‑
тик електрохромного матеріалу, таких як
інтенсивність пропущеного світла або кон‑
траст наведеного забарвлення. Із даних кі‑
нетики забарвлення можна оцінити швид‑
кодію, ефективність та стійкість електро‑
хромного матеріалу залежно від часу його
циклювання.
Механізм електрохімічного утворення
плівок Bi2WO6 та NiWO4 схожий на процеси
утворення WO3 в результаті електровіднов‑
лення перекисно-комплексних сполук на
основі вольфрамат іонів, які детально дослі‑
джено в роботах [9–11]. За взаємодії Na2WO4
та Н2О2 утворюють пероксовольфраматний
комплекс [(O2)2(O)W–O–W(O)(O2)2]
2- [8].
У роботі [11] показано, що процес електро‑
осадження WO3 з кислих розчинів, що міс‑
тять цей комплекс, здійснюють у дві стадії:
1 – електрохімічний розрив зв’язку О-О в
молекулі пероксокомплексу вольфраму та
2 – хімічну стадію полімеризації до воль‑
фрамової кислоти, утворених в результаті
цього в прикатодному просторі вольфра‑
мат іонів (WO4
2-+2Н+=Н2WO4). Якщо в роз‑
чин осадження додати іони металів (Bi3+
Ni2+), то поряд з утворенням Н2WO4 можуть
також співосаджуватися Bi2WO6 та NiWO4.
Дослідження структури плівок Bi2WO6 та
NiWO4, отриманих електроосадженням,
довели це припущення. Із розшифрування
рентгенограм (рис. 1, 2 та рис. 3, 4) встанов‑
лено, що поряд із Bi2WO6 та NiWO4 спосте‑
рігають також гідратовані фази WO3.
На рис. 1, 2 представлено результати
рентгенофазового аналізу вольфрамату
вісмуту, отриманого хімічним та електро‑
хімічним методами, відповідно. Всі ін‑
дексовані піки вказують на орторомбічну
структуру з просторовою групою Pca21.
Рефлекси від кристалів мають чітко визна‑
чену інтенсивність та чіткість, що вказує
на хорошу кристалічність та структурний
порядок на малій дальності. З аналізу РФА
кривих встановлено, що склад матеріалів
змішаний і включає в себе, окрім вольфра‑
мату орторомбічного вісмуту, ще триоксид
вольфраму з гексагональною структурою.
Порівняння даних РФА для хімічно та
електрохімічно отриманого Bi2WO6 пока‑
зало, що плівки, отримані електрохімічним
осадженням, мають більш аморфну струк‑
туру, можливо, із вкрапленнями кристалі‑
тів орторомбічного Bi2WO6 та гексагональ‑
ного WO3 (рис. 2) [15, 16]. Тоді як плівки,
отримані іонним нашаруванням, мають
ФІЗИЧНА ХІМІЯ ЕЛЕКТРОХРОМНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОЛЬФРАМАТІВ ВІСМУТУ ТА НІКЕЛЮ
6 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2021
полікристалічну структуру з розширени‑
ми піками, що вказує на дрібнозернистість
отриманих кристалітів (рис. 3). Можна ви‑
словити припущення, що такі властивості
пояснюють тим, що при іонному нашару‑
ванні виникають кристалічні точки для по‑
дальшого росту кристалів, а при електрохі‑
мічному осадженні проходить процес, по‑
дібний до полімеризації, в результаті якого
утворюється аморфна суміш змішаного
фазового складу.
Рис. 1 Рентгенофазовий аналіз хімічно от
риманого вольфрамату вісмуту, де * – орто
ромбічний Bi2WO6, ∆ – гексагональний WO3
Рис. 2 Рентгенофазовий аналіз елект
рохімічно отриманого вольфрамату вісмуту, де
* – орторомбічний Bi2WO6, ∆ – гексагональний
WO3
Плівки вольфрамату нікелю, отрима‑
ні хімічним (рис. 4) та електрохімічним
(рис. 5) методами, досліджували рентге‑
нофазовим аналізом. Із розшифруван‑
ня РФА кривих вдалося встановити, що
плівки NiWO4, отримані хімічним шляхом
(рис. 4), складаються переважно з воль‑
фрамату нікелю та триоксиду вольфраму
на відміну від плівок вольфрамату нікелю,
які отримано електрохімічним методом і
які містять «чистий» вольфрамат нікелю
(рисунок 5). Як і у випадку з вольфрама‑
том вісмуту, вольфрамат нікелю, отрима‑
ний електроосадженням, також має роз‑
ширені піки порівняно з плівками, отри‑
маними хімічно. Таким чином за допомо‑
гою РФА було виявлено, що структура цих
плівок залежала від способу отримання.
Для отримання аморфних плівок більшою
мірою підходить метод електроосаджен‑
ня, а для синтезу полікристалічних плівок
змішаного фазового складу можна вико‑
ристовувати методи іонного нашарування
та комбінованого електрохімічного і тер‑
мохімічного синтезів.
Рис. 3 Рентгенофазовий аналіз плівок на
основі вольфрамату нікелю, отриманих хі
мічно, де * – NiWO4, ∆ – гексагональний WO3
УХЖ № 1 / Том 87Смілик В. О., Фоманюк С. С., Колбасов Г. Я., Русецький І. А., Данілов М. О.
7https://ucj.org.ua
Рис. 4 Рентгенофазовий аналіз плівок
NiWO4, отриманих електрохімічним методом,
де * – NiWO4
Порівняння електрохромних властивос‑
тей плівок вольфраматів нікелю та вісмуту,
отриманих іонним нашаруванням, елек‑
троосадженням та комбінованим електро‑
хімічним і термохімічним методами, по‑
казало, що полікристалічні плівки мають
менший контраст забарвлення порівняно
з плівками, отриманими електроосаджен‑
ням. Як видно з рис. 1, 2 та рис. 3, 4, то по‑
лікристалічні плівки вольфраматів вісму‑
ту та нікелю мають меншу інтенсивність
забарвлення порівняно з аморфними. Це
пов’язано зі збільшенням кількості розри‑
вів зв’язків в аморфних структурах на ос‑
нові вольфраматів, що призводить до утво‑
рення більшої кількості центрів забарвлен‑
ня атомів W за рахунок їхнього часткового
відновлення до нижчих ступенів окислен‑
ня, більшою мірою до W5+ [12].
Дослідження спектрів поглинання плі‑
вок вольфрамату нікелю, отриманих елект
рохімічним та комбінованим електрохіміч‑
ним та термохімічним методами, показало,
що електрохромним ефектом більшою мі‑
рою володіють плівки, отримані електрохі‑
мічно. Як видно зі спектральних залежнос‑
тей оптичного поглинання NiWO4, крива 1
(рис. 5) порівняно з кривою 2 має більшу
інтенсивність поглинання в широкій об‑
ласті довжин хвиль видимого та ближнього
ІЧ-світла.
Рис. 5 Спектри оптичного поглинання за
барвленої плівки вольфрамату нікелю за на-
пруги 2,7 В
На рис. 6 представлено спектральні ха‑
рактеристики забарвлених плівок вольфра‑
мату вісмуту, отриманих електрохімічно
(рис. 6 криві 1, 2) та іонним нашаруванням
(рис. 6 крива 4). Встановлено, що плівки,
отримані іонним нашаруванням (із полі‑
кристалічною структурою), мають значно
менший контраст забарвлення порівняно
з плівками, отриманими електроосаджен‑
ням (аморфна структура). Зі спектраль‑
них залежностей оптичних характерис‑
тик вольфрамату вісмуту, отриманими
електроосадженням, встановлено, що пік
поглинання цього матеріалу припадає на
1000 нм за потенціалу -200 мВ, крива 1 на
рис. 6 та 650 нм за потенціалу -500 мВ, кри‑
ва 2 на рис. 6, відповідно. Таким чином зі
зміщенням потенціалу у від’ємну область
збільшується кількість центрів забарвлен‑
ня W5+, що відповідають за видиму ділянку
спектру λ=620 нм (2 еВ). [14]
ФІЗИЧНА ХІМІЯ ЕЛЕКТРОХРОМНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОЛЬФРАМАТІВ ВІСМУТУ ТА НІКЕЛЮ
8 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2021
Рис. 6 Спектральні залежності оптично‑
го поглинання Bi2(WO4)3, де крива 1 відпові‑
дає: потенціалу -200 мВ, а крива 2: потенціалу
-500 мВ, крива 3: поглинання WO3 (за потенціа‑
лу -500 мВ); крива 4: поглинання хімічно осад‑
женого Bi2(WO4)3
Порівняння спектральних характерис‑
тик Bi2WO6 та WO3 показало, що контраст
максимального забарвлення за потенціалу
-500 мВ у Bi2WO6 (рис. 6 крива 2) зміщений
у короткохвильову ділянку спектру порів‑
няно з WO3 (рис. 6 крива 3). Це вказує на
те, що вісмут у структурі Bi2WO6 сприяє
утворенню більшої кількості W5+ центрів
забарвлення та підсилюючи контраст елек‑
трохромного забарвлення у видимій ділян‑
ці спектру [14].
Такі властивості Bi2WO6 та NiWO4 за‑
довольняють вимогам до електрохромних
матеріалів у плані забезпечення високого
контрасту забарвлення у видимій ділянці
спектру.
Ще однією не менш важливою харак‑
теристикою електрохромних матеріалів є
їхня електрохромна ефективність та швид‑
кодія циклювання.
Електрохромну ефективність CE(λ) ви‑
мірюють у см2Кл-1 і визначають виразом:
OD( )CE( )
q
∆ λ
λ = η = , (1.1)
де ΔOD(λ) – зміна оптичної густини за хвилі
світла довжиною λ, q – заряд у мілікулонах
(мКл), розподілений на 1 см2 електрохром‑
ного матеріалу. Оптичну густину на заданій
довжині хвилі визначають як 10
1log
T
, де
Т – коефіцієнт пропускання світла.
Аналіз циклічних залежностей для
Bi2WO6 та NiWO4 дає змогу оцінити ці дві
характеристики, а також оцінити стабіль‑
ність цих електрохромних матеріалів.
Так, наприклад, вольфрамат вісмуту ци‑
клювали упродовж семи днів у гальвано‑
статичному режимі від +0,7 до -0,7 мА/см2;
як видно з рис. 7. циклограм вольфрама‑
ту вісмуту, можна зробити висновок, що
цей матеріал достатньо добре циклюється
і є стійким у кислому середовищі. Розраху‑
нок електрохромної ефективності за фор‑
мулою (1.1) показав, що за гальваноста‑
тичної зміни струму її значення 30 см2Кл-1
(λ=650 нм). В об’ємному триоксиді воль‑
фраму такі значення електрохромної ефек‑
тивності приходяться на інфрачервоне
світло (λ= 700–750 нм) [13]. Співставлення
швидкодії циклювання вольфрамату вісму‑
ту та триоксиду вольфраму показало також
однакові результати: швидкодія складає
10–12 с.
Циклювання NiWO4 (рис. 8) показало,
що за гальваностатичної зміни струму +0,7
до -0,7 мА/см2 ефективність також складала
5 см2Кл-1 при λ=500 нм, а швидкодія циклю‑
вання –100 с.
УХЖ № 1 / Том 87Смілик В. О., Фоманюк С. С., Колбасов Г. Я., Русецький І. А., Данілов М. О.
9https://ucj.org.ua
Рис. 7 Циклічні залежності для плівки вольф
рамату вісмуту, де крива 1 – пропускання світла
при 650 нм, крива 2 – зміна струму (мА/см2)
Рис. 8 Циклічні залежності для плівки
NiWO4, де крива 1 – пропускання світла при
650 нм, крива 2 – зміна струму (мА/см2)
ВИСНОВКИ. З аналізу структури та
електрохромних властивостей плівок на
основі NiWO4 та Bi2WO6 встановлено, що
для отримання чистих плівок вольфраматів
аморфної структури більшою мірою підхо‑
дить електрохімічний синтез. Формування
плівок на основі аморфних структур воль‑
фраматів нікелю та вісмуту електрохіміч‑
ним осадженням із використанням пере‑
кисно-кислих електролітів сприяє високо‑
му контрасту поглинання та ефективності
їхнього електрохромного забарвлення у
видимій області спектру за рахунок утво‑
рення більшої кількості центрів забарвлен‑
ня W5+ із поглинанням, характерним для
λ=450–650 нм.
Цю публікацію було виконано в
рамках проекту No 0118U003903 На-
ціональної Академії Наук України.
PHOTOELECTROCHEMICAL PROPERTIES
OF FILMS BASED ON BISMUTH AND COPPER
VANADATES
Smilyk V. О.1*, Fomaniyk S. S., Kolbasov G. I.,
Rysetskiy I. A.
1Vernadsky Institute of general and inorganic
chemistry of the Ukrainian National Academy
of Sciences, akademika Palladina av., 32/34,
Kyiv 03142, Ukraine
*e-mail: VitaliySmilyk@i.ua
Films of bismuth and nickel tungstates were
obtained by chemical and electrochemical syn‑
thesis. Bismuth tungstate was obtained by ionic
layering and electrochemical deposition. Nick‑
el tungstate (NiWO4) was obtained by com‑
bined synthesis methods: 1st - electrochemical
synthesis and 2nd - combined electrochemical
and thermochemical synthesis. The obtained
materials have good adhesion with an optical‑
ly transparent SnO2 substrate. It is shown that
the mechanism of electrochemical formation
ФІЗИЧНА ХІМІЯ ЕЛЕКТРОХРОМНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОЛЬФРАМАТІВ ВІСМУТУ ТА НІКЕЛЮ
10 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2021
of Bi2WO6 and NiWO4 films is similar to
the processes of WO3 formation as a result of
electroreduction of peroxide-complex com‑
pounds based on tungstate ions, which were
studied in detail in. From the data of coloring
kinetics the speed, efficiency and stability of
electrochromic material depending on its cy‑
cling time are estimated. It is shown that tung‑
states can cycle for a long time with galvanos‑
tatic current change and different potentials.
Comparison of electrochromic properties of
nickel and bismuth tungstate films obtained
by ionic stratification, electrodeposition and
combined electrochemical and thermochemi‑
cal methods showed that polycrystalline films
have a lower color contrast compared to films
obtained by electrodeposition. Using X-ray
phase analysis, it was found that the structure
of the obtained materials depended on the
method of production. Comparison of X-ray
diffraction data for chemically and electro‑
chemically obtained Bi2WO6 showed that the
films obtained by electrochemical deposi‑
tion have more amorphous structure, possi‑
bly with inclusions of orthorhombic Bi2WO6
and hexagonal WO3 crystallites, while the
films obtained by ionic layering have a layer
of polycrystals, indicates the fine-grained ob‑
tained crystallites. The studied properties of
Bi2WO6 and NiWO4 meet the requirements
for electrochromic materials in terms of pro‑
viding high color contrast in the visible part
of the spectrum.
Keywords: electrochromism, bismuth tung‑
state, nickel tungstate, injection, extraction.
ЛІТЕРАТУРА
1. Granqvist C. G., Green S., Niklasson G. A.,
Mlyuka N. R., Kr.mer S., Georen P. Advan
ces in chromogenic materials and devi
ces // Thin Solid Films. – 2010. – № 518. –
P. 3046–3053.
2. Яковлева Д. С. Электрохромный эффект
в гидратированном пентаоксиде вана‑
дия // Автореферат дисертації. – 2015.
3. Pereira L. Electrochromic materials for
smart devices // EPOSS Anual Forum Lis‑
bon. – 2010. – URL:
http://www.smart-svstemsintegration.org/
public/documents/publications.
4. Granqvist C. G. Handbook of Inorganic
Electrochromic Materials. – Amsterdam. –
2002. P. 650.
5. Dinh N. N., Ninh D. H., Thao T. T., Vo-
Van T. Mixed Nanostructured Ti-W Oxi
des Films for Efficient Electrochromic
Windows // Journal of Nanomaterials. –
2012. – 2012. P. 7.
6. Wyckoff, R. W. G. The Structure of Crys‑
tals // Interscience Publishers, Inc. –
1951. – 3. – С. 41–42.
7. Kazemzadeha A., Eskandaria A., Goudar-
zia F. Structural and Optical characteriza‑
tion Of Nickel Tungstate Nano Crystallites
Synthesized Via Polyol Method // The 4th
International Conference on Nanostruc‑
tures (ICNS4). – Kish Island, I.R. Iran. –
2012. P. 10.
8. Meulenkamp E. A.. Mechanism of WO3
electrodeposition from peroxy-tungstate
solution // Journal of the Electrochemical
Society. – 1997. – № 144. – P. 1664–1672.
9. Васько А. Т., Пацюк Ф. Н., Шкарав
ский Ю. Ф. Влияние условий электроли‑
за на содержание вольфрама в гальва‑
УХЖ № 1 / Том 87Смілик В. О., Фоманюк С. С., Колбасов Г. Я., Русецький І. А., Данілов М. О.
11https://ucj.org.ua
ническом осадке // Электрохимия вод.
растворов. – Киев. – 1981. – С. 73–76.
10. Васько А. Т., Краснов Ю. С., Пацюк Ф. Н.,
Чумак С. М. Контроль осаждения опти‑
чески неоднородных пленок методом
двухлучевой лазерной интерфероме‑
трии // Украинский химический жур‑
нал. – 1985. – 51. – № 2. – С. 152–157.
11. Пацюк Ф.Н. Электровосстановление
вольфрама (VI) и исследование элек‑
трохимических свойств катодных осад‑
ков: автореф. дис. канд. хим. наук. –
Киев. – 1984. – С. 20.
12. Сыч О. А., Краснов Ю. С., Васько А. Т.,
Пацюк Ф. Н., Ласточкина И. Е. Предель‑
ное перенапряжение реакции выделе‑
ния водорода на электрохромных плён‑
ках аморфного триоксида вольфрама //
Украинский химический журнал. –
1991. – Т. 57 – № 6. – C. 628–632.
13. Liang L., Zhang J., Zhou Y., Xie J. High-per‑
formance flexible electrochromic device
based on facile semiconductor-to-metal
transition realized by WO3·2H2O ultrathin
nanosheets // Scientific Reports. – 2013. –
3. – P. 11.
14. Krasnov Yu. S., Kolbasov G. Ya. Electrochr‑
omism and reversible changes in the po‑
sition of fundamental absorption edge in
cathodically deposited amorphous WO3 //
Electrochimica Acta. – 2004. – 49. – №15. –
P. 2425–2433.
15. Campos W. Ed., Nobre F. X., et. al. High
Photocatalytic Activity under Visible Light
for a New Morphology of Bi2WO6 Micro‑
crystals // Catalysts. – 2019. – 9. – P. 667.
16. Mulik R.N., et al. Hydrothermal synthesis
of tungsten oxide (WO3) for the detection
of NO2 gas // 17th International Meeting
on Chemical Sensors., IMCS 2018. – 2018.
– P. 531– 532.
REFERENCES
1. Granqvist C.G., Green S., Niklasson G.A.,
Mlyuka N.R., Kr.mer S., Georen P. Advanc‑
es in chromogenic materials and devices.
Thin Solid Films. 2010. 518: 3046.
2. Yakovleva D. S. Electrochromic effect in
hydrated vanadium pentoxide. Avtoreferat
disertacії. 2015.
3. Pereira L. Electrochromic materials for
smart devices. EPOSS Anual Forum Lisbon.
2010. URL: http://www.smart-svstemsin‑
tegration.org/public/documents/publica‑
tions.
4. Granqvist C.G. Handbook of Inorganic
Electrochromic Materials. Amsterdam.
2002. 272: 650.
5. Dinh N.N., Ninh D.H., Thao T.T., Vo-
Van T. Mixed Nanostructured Ti-W Oxi
des Films for Efficient Electrochromic
Windows. Journal of Nanomaterials. 2012.
2012:7.
6. Wyckoff, R. W. G. The Structure of Crys‑
tals. Interscience Publishers, Inc. 1951. 3: 41.
7. Kazemzadeha A., Eskandaria A., Goudar‑
zia F. Structural and Optical characteriza‑
tion Of Nickel Tungstate Nano Crystallites
Synthesized Via Polyol Method. The 4th
International Conference on Nanostructures
(ICNS4). 2012. 26: 10.
8. Meulenkamp E. A.. Mechanism of WO3
electrodeposition from peroxy-tungstate
solution. Journal of the Electrochemical So-
ciety. 1997. 144: 1664.
9. Vas’ko A. T., Pacyuk F. N., Shkarav
skij YU. F. Influence of electrolysis condi‑
tions on the tungsten content in the gal‑
vanic deposit. Elektrohimiya vodnyh rast
vorov. 1981. 117: 73.
ФІЗИЧНА ХІМІЯ ЕЛЕКТРОХРОМНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОЛЬФРАМАТІВ ВІСМУТУ ТА НІКЕЛЮ
12 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2021
10. Vas’ko A. T., Krasnov YU. S., Pacyuk F. N.,
Chumak S. M. Control of the deposition
of optically inhomogeneous films by the
method of two-beam laser interferometry.
Ukrainskij himicheskij zhurnal. 1985. 51
(2): 152.
11. Patsyuk F.N. Electroreduction of wolfram
(VI) and investigation of the electrochem‑
ical properties of cathode deposits: avtoref.
dis. kand. him. nauk. 1984. 1: 20.
12. Sych O. A., Krasnov YU. S., Vas’ko A. T.,
Pacyuk F. N., Lastochkina I. E . Ultimate
excitation overvoltage on electrochromic
films of amorphous tungsten trioxide.
Ukrainskij himicheskij zhurnal. 1991. 57
(6): 628.
13. Liang L., Zhang J., Zhou Y., Xie J. High-per‑
formance flexible electrochromic device
based on facile semiconductor-to-metal
transition realized by WO3·2H2O ultrathin
nanosheets. Scientific Reports. 2013. 3: 11.
14. Krasnov Yu. S., Kolbasov G. Ya. Electro‑
chromism and reversible changes in the
position of fundamental absorption edge
in cathodically deposited amorphous WO3.
Electrochimica Acta. 2004. 49 (15): 2425.
15. Campos W. Ed., Nobre F. X. High Photo‑
catalytic Activity under Visible Light for a
New Morphology of Bi2WO6 Microcrys‑
tals. Catalysts. 2019. 9: 667.
16. Mulik R.N., et al. Hydrothermal synthesis
of tungsten oxide (WO3) for the detection
of NO2 gas. 17th International Meeting on
Chemical Sensors. 2018. 17: 531.
Стаття надійшла 21.12.2020
|
| id | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-269 |
| institution | Ukrainian Chemistry Journal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-07-23T01:05:38Z |
| publishDate | 2021 |
| publisher | V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | ucjorgua/9a/2b475c570d2d927381907808300d119a.pdf |
| spelling | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-2692026-07-22T08:23:45Z PHOTOELECTROCHEMICAL PROPERTIES OF FILMS BASED ON BISMUTH AND COPPER VANADATES ЕЛЕКТРОХРОМНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОЛЬФРАМАТІВ ВІСМУТУ ТА НІКЕЛЮ Smilyk , Vitaliy Fomaniyk, Sergii Kolbasov , Gennady Rysetskiy , Igor Danilov , Michael electrochromism, bismuth tungstate, nickel tungstate, injection, extraction. Films of bismuth and nickel tungstates were obtained by chemical and electrochemical synthesis. Bismuth tungstate was obtained by ionic layering and electrochemical deposition. Nickel tungstate (NiWO4) was obtained by combined synthesis methods: 1st - electrochemical synthesis and 2nd - combined electrochemical and thermochemical synthesis. The obtained materials have good adhesion with an optically transparent SnO2 substrate. It is shown that the mechanism of electrochemical formation of Bi2WO6 and NiWO4 films is similar to the processes of WO3 formation as a result of electroreduction of peroxide-complex compounds based on tungstate ions, which were studied in detail in. From the data of coloring kinetics the speed, efficiency and stability of electrochromic material depending on its cycling time are estimated. It is shown that tungstates can cycle for a long time with galvanostatic current change and different potentials. Comparison of electrochromic properties of nickel and bismuth tungstate films obtained by ionic stratification, electrodeposition and combined electrochemical and thermochemical methods showed that polycrystalline films have a lower color contrast compared to films obtained by electrodeposition. Using X-ray phase analysis, it was found that the structure of the obtained materials depended on the method of production. Comparison of X-ray diffraction data for chemically and electrochemically obtained Bi2WO6 showed that the films obtained by electrochemical deposition have more amorphous structure, possibly with inclusions of orthorhombic Bi2WO6 and hexagonal WO3 crystallites, while the films obtained by ionic layering have a layer of polycrystals, indicates the fine-grained obtained crystallites. The studied properties of Bi2WO6 and NiWO4 meet the requirements for electrochromic materials in terms of providing high color contrast in the visible part of the spectrum. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2021-02-19 Article Article Physical chemistry Физическая xимия Фізична xімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/269 10.33609/2708-129X.87.01.2021.3-12 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 87 No. 1 (2021): Ukrainian Chemistry Journal; 3-12 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 87 ##issue.no## 1 (2021): Украинский химический журнал; 3-12 Український хімічний журнал; Том 87 № 1 (2021): Український хімічний журнал; 3-12 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/269/148 Copyright (c) 2021 Vitaliy Smilyk , Sergii Fomaniyk, Gennady Kolbasov , Igor Rysetskiy , Michael Danilov https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | Smilyk , Vitaliy Fomaniyk, Sergii Kolbasov , Gennady Rysetskiy , Igor Danilov , Michael ЕЛЕКТРОХРОМНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОЛЬФРАМАТІВ ВІСМУТУ ТА НІКЕЛЮ |
| title | ЕЛЕКТРОХРОМНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОЛЬФРАМАТІВ ВІСМУТУ ТА НІКЕЛЮ |
| title_alt | PHOTOELECTROCHEMICAL PROPERTIES OF FILMS BASED ON BISMUTH AND COPPER VANADATES |
| title_full | ЕЛЕКТРОХРОМНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОЛЬФРАМАТІВ ВІСМУТУ ТА НІКЕЛЮ |
| title_fullStr | ЕЛЕКТРОХРОМНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОЛЬФРАМАТІВ ВІСМУТУ ТА НІКЕЛЮ |
| title_full_unstemmed | ЕЛЕКТРОХРОМНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОЛЬФРАМАТІВ ВІСМУТУ ТА НІКЕЛЮ |
| title_short | ЕЛЕКТРОХРОМНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОЛЬФРАМАТІВ ВІСМУТУ ТА НІКЕЛЮ |
| title_sort | електрохромні властивості вольфраматів вісмуту та нікелю |
| topic_facet | electrochromism bismuth tungstate nickel tungstate injection extraction. |
| url | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/269 |
| work_keys_str_mv | AT smilykvitaliy photoelectrochemicalpropertiesoffilmsbasedonbismuthandcoppervanadates AT fomaniyksergii photoelectrochemicalpropertiesoffilmsbasedonbismuthandcoppervanadates AT kolbasovgennady photoelectrochemicalpropertiesoffilmsbasedonbismuthandcoppervanadates AT rysetskiyigor photoelectrochemicalpropertiesoffilmsbasedonbismuthandcoppervanadates AT danilovmichael photoelectrochemicalpropertiesoffilmsbasedonbismuthandcoppervanadates AT smilykvitaliy elektrohromnívlastivostívolʹframatívvísmututaníkelû AT fomaniyksergii elektrohromnívlastivostívolʹframatívvísmututaníkelû AT kolbasovgennady elektrohromnívlastivostívolʹframatívvísmututaníkelû AT rysetskiyigor elektrohromnívlastivostívolʹframatívvísmututaníkelû AT danilovmichael elektrohromnívlastivostívolʹframatívvísmututaníkelû |