Synthesis and Near-infrared Reflective Properties of Rare-earth-doped Bi2－x Gd x MoO6

doi:10.7503/cjcu20250088

Abstract

Abstract:

In response to the escalating challenges of global climate change and urban heat island effects， the development of energy-efficient functional materials with high near-infrared（NIR） reflectance and effective thermal regulation capabilities has become a research focus. Traditional oxide materials， such as Bi₂MoO₆， still exhibit certain limitations in NIR reflectance. In recent years， rare-earth-modified molybdate materials have attracted significant attention in the field of NIR-reflective coatings due to their excellent optical response characteristics and structural stability. In this study， Gd³⁺-doped Bi_2－_x Gd _x MoO₆（x=0， 0.2， 0.4， 0.6， 0.8， 1.0） NIR reflective materials were synthesized via a solid-state reaction method. The obtained samples were systematically characterized by X-ray diffraction（XRD）， scanning electron microscopy（SEM）， energy-dispersive spectroscopy（EDS）， Fourier transform infrared spectroscopy（FTIR）， Raman spectroscopy， near-infrared（NIR） reflectance spectroscopy， thermogravimetric-differential scanning calorimetry（TG-DSC） and thermal insulation performance tests. The results indicated that the synthesized samples exhibited good crystallinity. Gd³⁺ doping induced a bandgap narrowing （from 2.87 eV to 2.80 eV）， leading to a redshift of the absorption edge and enhanced absorption in the 450—600 nm blue-green region， resulting in a more pronounced yellow hue and enabling effective color modulation. All Bi_2－_x Gd _x MoO₆ samples exhibited high NIR reflectance， with values exceeding 87.68%， significantly higher than that of TiO₂（75.66%）. In particular， the sample with x=0.4 demonstrated the highest NIR reflectance of 90.11% and a NIR solar reflectance of 89.53%， which are 14.45% and 9.24% higher than those of TiO₂， respectively. Infrared lamp irradiation experiments further confirmed the superior energy-saving and thermal insulation performance of the materials. TG-DSC analysis revealed that Bi_2－_x Gd _x MoO₆ pigments possess excellent thermal stability， allowing for long-term application in high-temperature environments. These findings offer a new and promising alternative for high-performance thermal insulation materials.

Key words: Rare earth, Bi₂MoO₆, Near-infrared reflectance property, Gd³⁺

CLC Number:

O614

TrendMD:

YAN Junlin, LI Xiaodong, LIU Dongyang, LI Mingzhe, ZHANG Su. Synthesis and Near-infrared Reflective Properties of Rare-earth-doped Bi_2－_x Gd _x MoO₆[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(9): 20250088.

Figures/Tables 14

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Bi_2－_x MoO₆： xGd	L^*	a^*	b^*	C^*	h
x=0	95.77	-3.02	11.45	11.84	104.79
x=0.2	95.24	-2.53	14.27	14.49	100.06
x=0.4	94.34	-2.16	14.37	14.53	98.56
x=0.6	94.22	-1.56	15.40	15.48	95.77
x=0.8	94.01	-1.53	15.96	16.03	95.46
x=1.0	93.71	-1.04	17.75	17.78	93.36

Bi_2－_x MoO₆： xGd	L^*	a^*	b^*	C^*	h
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x=1.0	93.71	-1.04	17.75	17.78	93.36

Bi_2－_x Gd _x MoO₆	R	R^*	Bi_2－_x Gd _x MoO₆	R	R^*
x=0	88.18	88.00	x=0.8	88.58	88.42
x=0.2	88.57	88.33	x=1.0	89.00	88.74
x=0.4	90.11	89.53	TiO₂	75.66	80.29
x=0.6	87.68	87.75

Bi_2－_x Gd _x MoO₆	R	R^*	Bi_2－_x Gd _x MoO₆	R	R^*
x=0	88.18	88.00	x=0.8	88.58	88.42
x=0.2	88.57	88.33	x=1.0	89.00	88.74
x=0.4	90.11	89.53	TiO₂	75.66	80.29
x=0.6	87.68	87.75

Bi_2－_x Gd _x MoO₆	TiO₂	x=0	x=0.4
Thickness/μm	209.6	207.8	207.3
Bottom temperature of aluminum plate/℃	39.5	38.6	38.1
Internal temperature of the enclosure/℃	28.2	27.1	26.5
Heat flux/（W·cm^-2）	52.8	52.1	51.5

Synthesis and Near-infrared Reflective Properties of Rare-earth-doped Bi_2－_x Gd _x MoO₆

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