Contribution à l'étude structurale de gels et de solutions colloïdales de V₂O₅ dans l'eau par spectroscopie vibrationnelle

laboratoire de Chimie-Physique du Solide, Université Paris XIII Avenue J.B. Clément, 93430 Villetaneuse, France.

Résumé

Différentes variétés amorphes de V₂O₅ hydratées (V₂O₅, nH₂O) ont été étudiées par spectroscopie IR et Raman. Pour les gels de V₂O₅ obtenus par polymérisation de l'acide décavanadique l'ordre a courte distance de la charpente V₂O₅ n'est pas modifié pour des teneurs en eau supérieures à n = 0,6, composition à partir de laquelle apparaissent des bandes caractéristiques de l'eau liquide. Les gels obtenus par dissolution de V₂O₅ amorphe dans l'eau ont par contre un comportement différent selon leur degré d'hydratation initial. Si on évapore un gel avec n < 1100, le produit obtenu (xérogel n = 1,6) retrouve une structure à courte distance semblable à celle du solide amorphe d'origine alors que si on évapore une solution colloïdale (n > 1100) on obtient un gel identique à celui préparé par polymérisation de l'acide décavanadique. Dans tous les cas ci-dessus la structure de la charpente V₂0₅ est différente de celle de V₂0₅ amorphe solide anhydre ou faiblement hydraté dont les spectres conduisent à conclure que l'amorphe est constitué de cristallites plus petites que (500 A)³ pour donner lieu à de la diffraction et plus grandes que (10A)³ pour engendrer des spectres vibrationnels bien définis. Par ailleurs la structure de l'eau dans ces composés est discutée. Enfin un mécanisme de déshydratation est proposé et la ciné- tique de formation de la solution colloïdale est discutée.

Abstract

Hydrated samples of vanadium pentoxyde, V2O₅—nH₂O with 0.6 < 1300 prepared either by polymerization of decavanadic acid or from amorphous V205 dissolved in water, have been studied by infrared and Raman spectroscopy. The short range structure of the V₂O₅ framework is unchanged for water contents ranging from n = 0.6 up to colloidal state n > 1 100. The existence of a long range organization of layers evidenced previously by X Rays diffraction for n < 400 compositions has also been characterized, this organization dissapears progressively when n increases however as soon as n > 5 stacking deviations are observed. When n > 1.6, the V205 short range structure is the same whatever the preparation method is; however when the gels are dehydrated by evaporation, for 0.6 < n < 1.6, the gels prepared by dissolution of amorphous V₂O₅ possed the same structure as amorphous V₂O₅, if it has been prepared initially as a gel (n < 1100), while it gives rise to the same structure as the gel prepared by polymerization if it is its colloidal (n > 1100) solution which is dehydrated. The Raman spectra of anhydrous or weakly hydrated amorphous V₂O₅ are identical to crystalline V₂O₅ and it can be concluded that this compound is made of cristallites smaller than (500 A)³ for being considered as amorphous for X Ray measurements and larger than (10 A)³ for the vibrational spectroscopy. The structure of the water in these compound was discussed. A dehydration mechanism is proposed in connection with structural models based on our experiments and on results from the literature. Finally the kinetics of formation of a colloidal solution is studied.