We present a combined experimental and Hubbard interaction corrected density functional theory (DFT+U) based study of monoclinic scheelite (ms) bismuth vanadate BiVO4 (BVO). The ms-BVO samples were synthesized using the standard solid state reaction technique. The ms phase of the synthesized BVO samples has been confirmed from Rietveld analysis of the powder x-ray diffraction pattern and room temperature Raman spectroscopy. Both experimentally obtained crystal parameters and Raman peak positions were benchmarked against the DFT+U simulations. The variations in morphology and chemical concentrations due to different sintering temperatures and milling times were analyzed using field emission scanning electron microscopy and energy dispersive x-ray spectroscopy. The measured energy bandgap in the range of 2.38–2.58 eV from UV-Vis-NIR diffuse reflection spectroscopy was explained within the context of grain size variations in combination with bismuth and oxygen vacancies from DFT+U simulations.

1.
A. A.
Ismail
and
D. W.
Bahnemann
,
Sol. Energy Mater. Sol. Cells
128
,
85
(
2014
).
2.
R.
Van de Krol
,
Photoelectrochemical Hydrogen Production
(
Springer
,
2012
), pp.
13
67
.
3.
R.
Abe
,
J. Photochem. Photobiol. C: Photochem. Rev.
11
,
179
(
2010
).
4.
Y.-H.
Chiu
,
T.-H.
Lai
,
M.-Y.
Kuo
,
P.-Y.
Hsieh
, and
Y.-J.
Hsu
,
APL Mater.
7
,
080901
(
2019
).
5.
Z.
Li
,
W.
Luo
,
M.
Zhang
,
J.
Feng
, and
Z.
Zou
,
Energy Environ. Sci.
6
,
347
(
2013
).
6.
K.
Sivula
and
R.
Van De Krol
,
Nat. Rev. Mater.
1
,
1
(
2016
).
7.
Y.
Park
,
K. J.
McDonald
, and
K.-S.
Choi
,
Chem. Soc. Rev.
42
,
2321
(
2013
).
8.
Y.
Huang
,
Y.
Yuan
,
F.
Ma
,
Z.
Zhang
,
X.
Wei
, and
G.
Zhu
,
Phys. Status Solidi (B)
255
,
1700653
(
2018
).
9.
S.
Wang
,
T.
He
,
P.
Chen
,
A.
Du
,
K.
Ostrikov
,
W.
Huang
, and
L.
Wang
,
Adv. Mater.
32
,
2001385
(
2020
).
10.
F. F.
Abdi
,
S. P.
Berglund
, and
R.
van de Krol
,
Photoelectrochemical Solar Fuel Production
(
Springer
,
2016
), pp.
355
391
.
11.
S.
Tokunaga
,
H.
Kato
, and
A.
Kudo
,
Chem. Mater.
13
,
4624
(
2001
).
12.
J.
Yu
and
A.
Kudo
,
Adv. Funct. Mater.
16
,
2163
(
2006
).
13.
J.
Bierlein
and
A.
Sleight
,
Solid State Commun.
16
,
69
(
1975
).
14.
T. W.
Kim
,
Y.
Ping
,
G. A.
Galli
, and
K.-S.
Choi
,
Nat. Commun.
6
,
8769
(
2015
).
15.
A.
Murphy
,
P.
Barnes
,
L.
Randeniya
,
I.
Plumb
,
I.
Grey
,
M.
Horne
, and
J.
Glasscock
,
Int. J. Hydrog. Energy
31
,
1999
(
2006
).
16.
J. H.
Kim
and
J. S.
Lee
,
Adv. Mater.
31
,
1806938
(
2019
).
17.
M.
Yao
,
M.
Liu
,
L.
Gan
,
F.
Zhao
,
X.
Fan
,
D.
Zhu
,
Z.
Xu
,
Z.
Hao
, and
L.
Chen
,
Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp.
433
,
132
(
2013
).
18.
H.
Xu
,
H.
Li
,
C.
Wu
,
J.
Chu
,
Y.
Yan
, and
H.
Shu
,
Mater. Sci. Eng. B
147
,
52
(
2008
).
19.
S.
Kohtani
,
J.
Hiro
,
N.
Yamamoto
,
A.
Kudo
,
K.
Tokumura
, and
R.
Nakagaki
,
Catal. Commun.
6
,
185
(
2005
).
20.
H.-Q.
Jiang
,
H.
Endo
,
H.
Natori
,
M.
Nagai
, and
K.
Kobayashi
,
J. Eur. Ceram. Soc.
28
,
2955
(
2008
).
21.
V.-I.
Merupo
,
S.
Velumani
,
K.
Ordon
,
N.
Errien
,
J.
Szade
, and
A.-H.
Kassiba
,
CrystEngComm
17
,
3366
(
2015
).
22.
E.
Alarcón-Lladó
,
L.
Chen
,
M.
Hettick
,
N.
Mashouf
,
Y.
Lin
,
A.
Javey
, and
J. W.
Ager
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
16
,
1651
(
2014
).
23.
L.
Chen
,
E.
Alarcón-Lladó
,
M.
Hettick
,
I. D.
Sharp
,
Y.
Lin
,
A.
Javey
, and
J. W.
Ager
,
J. Phys. Chem. C
117
,
21635
(
2013
).
24.
K. E.
Kweon
and
G. S.
Hwang
,
Phys. Rev. B
86
,
165209
(
2012
).
25.
K.
Ding
,
B.
Chen
,
Z.
Fang
, and
Y.
Zhang
,
Theor. Chem. Acc.
132
,
1352
(
2013
).
26.
C.
Hill
,
M. C.
Weber
,
J.
Lehmann
,
T.
Leinen
,
M.
Fiebig
,
J.
Kreisel
, and
M.
Guennou
,
APL Mater.
8
,
081108
(
2020
).
27.
S.
Lardhi
,
L.
Cavallo
, and
M.
Harb
,
J. Phys. Chem. C
122
,
18204
(
2018
).
28.
S.
Lardhi
,
L.
Cavallo
, and
M.
Harb
,
J. Phys. Chem. Lett.
11
,
5497
(
2020
).
30.
T.
Liu
,
M.
Cui
, and
M.
Dupuis
,
J. Phys. Chem. C
124
,
23038
(
2020
).
31.
J.
Wiktor
,
I.
Reshetnyak
,
F.
Ambrosio
, and
A.
Pasquarello
,
Phys. Rev. Mater.
1
,
022401
(
2017
).
32.
Z.
Zhao
,
Z.
Li
, and
Z.
Zou
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
13
,
4746
(
2011
).
33.
A.
Jain
,
Y.
Shin
, and
K. A.
Persson
,
Nat. Rev. Mater.
1
,
1
(
2016
).
34.
R. O.
Jones
,
Rev. Mod. Phys.
87
,
897
(
2015
).
35.
T.
Le Bahers
,
M.
Rerat
, and
P.
Sautet
,
J. Phys. Chem. C
118
,
5997
(
2014
).
36.
T.
Liu
,
X.
Zhou
,
M.
Dupuis
, and
C.
Li
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
17
,
23503
(
2015
).
37.
T.
Liu
,
Q.
Zhao
,
C.
Li
,
Y.
Lyu
, and
M.
Dupuis
,
J. Phys. Chem. C
123
,
20142
(
2019
).
38.
S.
Ahmed
,
S. S.
Nishat
,
A.
Kabir
,
A. S. H.
Faysal
,
T.
Hasan
,
S.
Chakraborty
, and
I.
Ahmed
,
Phys. Rev. B
615
,
413061
(
2021
).
39.
H. S.
Park
,
K. E.
Kweon
,
H.
Ye
,
E.
Paek
,
G. S.
Hwang
, and
A. J.
Bard
,
J. Phys. Chem. C
115
,
17870
(
2011
).
40.
M. R.
Islam
,
M.
Saiduzzaman
,
S. S.
Nishat
,
A.
Kabir
, and
S.
Farhad
,
Colloids Surf. A
617
,
126386
(
2021
).
41.
G.
Kresse
and
J.
Furthmüller
,
Phys. Rev. B
54
,
11169
(
1996
).
42.
G.
Kresse
and
D.
Joubert
,
Phys. Rev. B
59
,
1758
(
1999
).
43.
H.
Ullah
,
A. A.
Tahir
, and
T. K.
Mallick
,
Appl. Catal. B
224
,
895
(
2018
).
44.
W.
Kohn
and
L. J.
Sham
,
Phys. Rev.
140
,
A1133
(
1965
).
45.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
).
46.
S.
Dudarev
,
G.
Botton
,
S.
Savrasov
,
C.
Humphreys
, and
A.
Sutton
,
Phys. Rev. B
57
,
1505
(
1998
).
47.
V. I.
Anisimov
,
J.
Zaanen
, and
O. K.
Andersen
,
Phys. Rev. B
44
,
943
(
1991
).
48.
W.
Wang
,
P. J.
Strohbeen
,
D.
Lee
,
C.
Zhou
,
J. K.
Kawasaki
,
K.-S.
Choi
,
M.
Liu
, and
G.
Galli
,
Chem. Mater.
32
,
2899
(
2020
).
49.
S. A.
Tolba
,
K. M.
Gameel
,
B. A.
Ali
,
H. A.
Almossalami
, and
N. K.
Allam
, Density Functional Calculations-Recent Progresses of Theory and Application (InTech, 2018), pp. 3–30.
50.
L.
Avakyants
,
A.
Chervyakov
,
V.
Gorelik
et al.,
J. Russ. Laser Res.
25
,
535
(
2004
).
51.
J.
Pellicer-Porres
,
D.
Vazquez-Socorro
,
S.
López-Moreno
,
A.
Muñoz
,
P.
Rodríguez-Hernández
,
D.
Martínez-García
,
S.
Achary
,
A. J.
Rettie
, and
C. B.
Mullins
,
Phys. Rev. B
98
,
214109
(
2018
).
52.
F. D.
Hardcastle
and
I. E.
Wachs
,
J. Phys. Chem.
95
,
5031
(
1991
).
53.
K.
Brinkman
,
T.
Iijima
,
K.
Nishida
,
T.
Katoda
, and
H.
Funakubo
,
Ferroelectrics
357
,
35
(
2007
).
54.
S. S.
Chowdhury
,
A. H. M.
Kamal
,
R.
Hossain
,
M.
Hasan
,
M. F.
Islam
,
B.
Ahmmad
, and
M.
Basith
,
Ceram. Int.
43
,
9191
(
2017
).
55.
C.
Ramana
,
R.
Smith
, and
O.
Hussain
,
Phys. Status Solidi (A)
199
,
R4
(
2003
).
56.
S. F. U.
Farhad
,
D.
Cherns
,
J. A.
Smith
,
N. A.
Fox
, and
D. J.
Fermin
,
Mater. Des.
193
,
108848
(
2020
).
57.
J.
Tauc
,
R.
Grigorovici
, and
A.
Vancu
,
Phys. Status Solidi (B)
15
,
627
(
1966
).
58.
J. I.
Pankove
,
Optical Processes in Semiconductors
(
Courier Corporation
,
1975
).
59.
P.
Kubelka
and
F.
Munk
,
Z. Technol. Phys.
12
,
193
(
1931
).
60.
R.
López
and
R.
Gómez
,
J. Sol-Gel Sci. Technol.
61
,
1
(
2012
).
61.
P.
Makuła
,
M.
Pacia
, and
W.
Macyk
,
J. Phys. Chem. Lett.
09
,
6814
(
2018
).
62.
V.
Dolocan
,
Appl. Phys.
16
,
405
(
1978
).
63.
L.
Leontie
,
M.
Caraman
,
M.
Alexe
, and
C.
Harnagea
,
Surf. Sci.
507
,
480
(
2002
).
64.
S.
Stoughton
,
M.
Showak
,
Q.
Mao
,
P.
Koirala
,
D.
Hillsberry
,
S.
Sallis
,
L. F.
Kourkoutis
,
K.
Nguyen
,
L.
Piper
,
D.
Tenne
et al.,
APL Mater.
1
,
042112
(
2013
).
65.
H.
Luo
,
A. H.
Mueller
,
T. M.
McCleskey
,
A. K.
Burrell
,
E.
Bauer
, and
Q.
Jia
,
J. Phys. Chem. C
112
,
6099
(
2008
).
66.
B.
Zhou
,
J.
Qu
,
X.
Zhao
, and
H.
Liu
,
J. Environ. Sci.
23
,
151
(
2011
).
67.
J. K.
Cooper
,
S.
Gul
,
F. M.
Toma
,
L.
Chen
,
P.-A.
Glans
,
J.
Guo
,
J. W.
Ager
,
J.
Yano
, and
I. D.
Sharp
,
Chem. Mater.
26
,
5365
(
2014
).
68.
T.
Das
,
X.
Rocquefelte
,
R.
Laskowski
,
L.
Lajaunie
,
S.
Jobic
,
P.
Blaha
, and
K.
Schwarz
,
Chem. Mater.
29
,
3380
(
2017
).
69.
A.
Tayyebi
,
T.
Soltani
,
H.
Hong
, and
B.-K.
Lee
,
J. Colloid Interface Sci.
514
,
565
(
2018
).
70.
S.
Baroni
,
S.
De Gironcoli
,
A.
Dal Corso
, and
P.
Giannozzi
,
Rev. Mod. Phys.
73
,
515
(
2001
).
71.
A. J.
Rettie
,
H. C.
Lee
,
L. G.
Marshall
,
J.-F.
Lin
,
C.
Capan
,
J.
Lindemuth
,
J. S.
McCloy
,
J.
Zhou
,
A. J.
Bard
, and
C. B.
Mullins
,
J. Am. Chem. Soc.
135
,
11389
(
2013
).
72.
A.
Janotti
,
J. B.
Varley
,
M.
Choi
, and
C. G.
Van de Walle
,
Phys. Rev. B
90
,
085202
(
2014
).
73.
W.-J.
Yin
,
S.-H.
Wei
,
M. M.
Al-Jassim
,
J.
Turner
, and
Y.
Yan
,
Phys. Rev. B
83
,
155102
(
2011
).
74.
M.
Fox
,
Optical Properties of Solids
, 2nd ed. (Oxford University Press, 2010).
75.
M.
Dresselhaus
,
G.
Dresselhaus
,
S. B.
Cronin
, and
A. G.
Souza Filho
,
Solid State Properties
(
Springer
,
2018
).
76.
I.
Merad Boudia
,
A.
Reshak
,
T.
Ouahrani
, and
Z.
Bentalha
,
J. Appl. Phys.
113
,
083505
(
2013
).
77.
T.
Ouahrani
,
A. H.
Reshak
,
A. O.
de La Roza
,
M.
Mebrouki
,
V.
Luaña
,
R.
Khenata
, and
B.
Amrani
,
Eur. Phys. J. B
72
,
361
(
2009
).
78.
A. H.
Reshak
,
X.
Chen
,
I.
Kityk
, and
S.
Auluck
,
Curr. Opin. Solid State Mater. Sci.
11
,
33
(
2007
).
You do not currently have access to this content.