ビスマス酸鉛

ビスマス酸鉛（ビスマスさんなまり、）は、化学式Pb(BiO3)2で表される半導体である。天然には存在せず、近年になって実験室で発見された。ビスマス酸鉛は、5価の構造を持ち、ビスマス酸ナトリウムの通常のイオンの相互作用とは異なるが、ビスマス酸ストロンチウムのものには類似している。6つの酸素原子がビスマス原子と鉛原子に八面体形に配位する構造を持つ。ビスマス原子と酸素原子は繰り返しの八面体形構造を作ることで負に帯電した層を形成する。正に帯電した
鉛原子は層の間に分散し、六方晶系の単位格子を形成し、鉛原子は各頂点に位置している。結晶の密度は9.18 g/cm3であり、式量は233.99g/mol。単位結晶構造の体積は169.26 Å3であり、格子定数は5.321 Åである。

利用
半導体

最初に発見されたビスマス酸鉛の用途の一つは、半導体的な性質であった。電子が1つ少ない金属（p型）を添加することで、導電性を示し、成績係数もまた0.2から0.6の範囲に増加する。半導体としての応用は、Bi2O3、PbO、SiO2を塗料に混合し、その塗料による太陽光パネルのコーティングが挙げられ、三つの物質の溶媒と組成を変えることで、半導体としての効率を変えることができる。

ガラス
ビスマス酸鉛は、赤外スペクトルにおいて広い透過率の範囲を持つ。Li2Oを添加して得られるLi2O-[Bi2O3-PbO]では、透過率は10-15 μmを超えて増加する。図は、30モル%のLi2Oを含む30Li2O-35[Bi2O3-PbO]ガラス組成の赤外スペクトルを示す。
ビスマス酸鉛に異なるモル濃度のLi2Oを加え、Li2O-[Bi2O3-PbO]を形成することで、ビスマス酸鉛の透過率のスペクトルを可視光内外で増加させることができる。図は、(a) 20, (b) 30, (c) 40, (d) 50, (e) 60モル%のLi2Oを含むビスマス酸鉛の紫外・可視光スペクトルを示す。

ビスマス酸鉛ガラスは、産業、電気分野で非常に有用であり、7.639-7.699 g/cm3の密度、2.47-2.9の屈折率を持つ。しかし、最も重要な特徴は、ビスマス酸鉛ガラスが赤外線から紫外線までの広いの透過範囲を持つ点である。このため、ビスマス酸鉛は光学スイッチや光素子などの装置、赤外線と熱放射による検出システム、レーザー材料、光導波路などに用いられる。しかしながら、ビスマス酸鉛ガラスは単独では形成することができず、製造は非常に難しく、ガラスを作る過程で融解すると、不安定になり、温度が下がるほど結晶化する傾向があるため、光沢と透明度が低下した製品ができてしまう。ビスマス酸鉛は常磁性を示すイオンの含有量が高く、Fe2O3やMnO、Gd2O3などの金属イオンまたは酸化物の濃度が高くなるに伴って、ガラスの結晶化をもたらすものの、より安定になり透過範囲が増える。例えば、異なるモル%のLi2Oをビスマス酸鉛に加えたLi2O-[Bi2O3-PbO]は、赤外線範囲で10-15 μmを超える波長域、紫外・可視光範囲では420-450 nm
まで透過範囲を広げることができる。研究者らは、透過範囲を広げ光学的な応用を増やすため、ビスマス酸鉛の改良に取り組んでいる。具体的には、ビスマス酸鉛ガラスの安定化を図るために十分な量のバリウムと酸化亜鉛を同時に用いることで、赤外線範囲での透過率の低下を、ガラスの安定性に比べれば無視できるほどに低減できることが明らかになっている。しかし、これらの酸化物は同等のものではなく、互いに置換することはできない。したがって、両者を併用することで、結晶化を最小限にし、ガラスの安定性を向上させ、赤外透過率の低下をわずかに抑えるべきである。

有機物分解

ビスマス酸鉛は、光触媒活性を持ち、可視光の照射により有機化合物を分解するたねに使われる。これは、環境的な処理や、水の処理に有用である。しかし、ビスマス酸鉛は、広い価電子帯と小さいバンドギャップにより、他の酸化金属やビスマス酸塩に比べれば有機物の分解の効率は劣る。

脚注

参考文献

Category:鉛の化合物
Category:ビスマスの化合物