本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种p-n结型复合光催化剂，还涉及该光催化剂的制备方法。
背景技术：
纺织工业产生的染料污水是水污染的主要来源之一，目前各种物理、化学和生物的方法对染料污水进行处理，也只能将污染物从一种相态转移到另外一种相态，而不能把它破坏掉。光催化方法是一种更有效的水处理方法，它可以破坏染料的内部结构，处理污水中的染料彻底而受到人们的广泛关注。室内过多的使用含有甲醛黏合剂的装饰材料或家具，会长时间内产生过量的甲醛有害气体，且这些甲醛气体需要3～15年才能挥发完毕。长时间的逗留在甲醛气体充斥的密闭室内，人会出现头痛、无力、记忆力下降等症状。且对老人、儿童和孕妇体质较弱群体的危害更加明显。净化室内空气关系到人们的身体健康。
利用半导体作为光催化剂，光催化降解和消除有害有机物，引起人们极大的关注，这种方法具有高效、节能、不存在二次污染等特点。其中纳米二氧化钛由于其具有粒度小、粒径分布窄、比表面积大、纯度高、价廉、无毒、稳定、使用寿命长等优点，在环境保护、治理等领域尤其显著。二氧化钛TiO2是最常用的污水处理和祛除甲醛污染的半导体光催化剂，但由于TiO2有限的催化活性和选择性，TiO2禁带宽度大(3.2ev)只能利用太阳光中紫外线部分(仅占太阳光能3%-4%)这使得TiO2在实际应用中难以大规模推广，限制了它的广泛应用。《西华师范大学学报(自然科学版)》2011年02期公开了“双掺杂二氧化钛的制备及其在降解染料废水中的应用”， 研究了溶胶-凝胶法制备的Sm、Ag共掺杂的TiO2，并用XRD、TEM等技术表征了催化剂的形貌、结构及吸光性能，样品的表征与光催化活性测试结果表明，Sm离子的引入，使催化剂增加了储氧能力及热稳定性和选择性，Ag离子的掺杂显示了电荷分离，抑制了光催化的促进作用和对氧气还原反应的催化作用。两种离子的引入使TiO2样品的拓宽了光响应范围，使可见光吸收强度增大。近十年来，将p型半导体与n型半导体复合的研究很多，p-n复合型光催化剂按p型材料可分为钴氧化物、镍氧化物、铜氧化物及其他四类。应继续通过对杂质的缺陷的控制，开发更多的p型和n型半导体光催化材料，继续对各种复合手段进行广泛研究，制备出稳定的p-n复合型光催化剂。特别要对p-n复合型光催化剂的界面状态进行研究，以了解光生载流子在两种半导体间的迁移规律。p-n复合型光催化剂的研究任重道远。
技术实现要素：
本发明的目的之一在于研发一种p-n结型复合光催化剂，解决二氧化钛有限的催化活性和选择性问题，使之具有良好的光催化性、较好的结晶度以及较大的比表面积，对可见光具有较为理想的吸收效果，应用该复合光催化剂进行光催化降解有机污染物或祛除室内甲醛等有害气体。本发明的目的之二是提供p-n结型复合光催化剂的制备方法。
本发明的技术方案是：p-n结型复合光催化剂，所述p-n结型复合光催化剂包括掺杂元素硼、氮、锆、钇、镧的n型干凝胶与p型干凝胶；n型干凝胶各元素的摩尔比为：Ti:N:Zr:La:Y=100:10-15:0.4-0.6:0.3-0.4:0.4-0.6；p型干凝胶各元素的摩尔比为：Ti:B:Zr:La:Y=100:1.0-1.5: 0.4-0.6:0.3-0.4:0.4-0.6。
进一步地，在掺杂的硼、氮、锆、钇、镧元素中，掺杂元素镧、钇可选用其中的一种或两种。
p-n结型复合光催化剂的制备方法，将n型与p型干凝胶等质量混合研磨成细粉，通过溶胶-凝胶法制备而成，包括如下步骤：
制备a溶液：在室温下，取40ml无水乙醇、80ml正丁醇、40ml钛酸四丁酯混合均匀，即可；
制备b溶液：用40ml无水乙醇溶解完全0.186g硼酸、0.267g五水合硝酸锆、0.178g硝酸钇和0.178g六水合硝酸镧，即可；
制备c溶液：在10ml无水乙醇中加入2~4ml蒸馏水，并滴加8滴稀硝酸，即可；
制备d溶液：用40ml无水乙醇溶解完全0.946g醋酸铵、0.267g五水合硝酸锆、0.113g硝酸钇和0.178g六水合硝酸镧，即可；
制备e溶液：在10ml无水乙醇中加入2~8ml蒸馏水，并滴加8滴稀硝酸，即可；
将b、c溶液依次缓慢加到a溶液中，静置陈化后放入100℃干燥箱中干燥，即各元素摩尔比为Ti:B:Zr:La:Y=100:1.25:0.53:0.35:0.54的p型干凝胶；
将d、e溶液依次缓慢加到a溶液中，静置陈化后放入100℃干燥箱中干燥，即得各元素摩尔比为Ti:N:Zr:La:Y=100:10.26:0.53:0.35:0.54的n型干凝胶；
将n型与p型干凝胶等质量混合研磨成细粉，在250、300、350℃下分别焙烧2、4、6小时制得S-250-4、S-300-4、S-350-4、S-300-2、S-350-6p-n结型复合光催化剂中的一种，其中S-250-4分别表示样品-焙烧温度250℃-焙烧时间4h；S-300-2表示样品-焙烧温度300℃-焙烧时间2小时。
p-n结型复合光催化剂的制备方法，分别称取p型与n型干凝胶各3g混合研细，在300℃下锻烧焙烧4h，得4g S-300-4 p-n结型TiO2光催化剂。
本发明的有益效果在于：本发明采用溶胶-凝胶法制备p-n结型复合光催化剂，具有5-20nm大小的颗粒，具有较大的比表面积（147.33m2/g）与较好的结晶度，考察了多种条件下的光催化效果，结果表明：在300℃下焙烧4h样品具有良好光催化性能。在模拟太阳光照射60min时，甲基橙溶液（吸光度为0.9左右）脱色率分别达79-89%；在紫外光照射60min脱色率达100%。具有良好的光催化性、较好的结晶度以及较大的比表面积，对可见光具有较为理想的吸收效果，制备方法操作简单、可重复性好、成本低。在利用可见光进行光催化降解有机污染物方面和对改善家居环境具有良好的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。
实施例1
p-n结型复合光催化剂是通过溶胶-凝胶法制备而成，包括如下步骤：
在室温下，取40ml无水乙醇、80ml正丁醇和40ml钛酸四丁酯混合均匀，即得a溶液；
用40ml无水乙醇溶解完全0.186g硼酸、0.267g五水合硝酸锆、0.178g硝酸钇和0.178g六水合硝酸镧，即得b溶液；
在10ml无水乙醇中加入2~4ml蒸馏水，并滴加8滴稀硝酸，即得c溶液；
用40ml无水乙醇溶解完全0.946g醋酸铵、0.267g五水合硝酸锆、0.113g硝酸钇和0.178g六水合硝酸镧，即得d溶液；
在10ml无水乙醇中加入2~8ml蒸馏水，并滴加8滴稀硝酸，即得e溶液；
将b、c溶液依次缓慢加到a溶液中，静置陈化后放入100℃干燥箱中干燥，即得各元素摩尔比为Ti:B:Zr:La:Y=100:1.25:0.53:0.35:0.54的p型干凝胶；
将d、e溶液依次缓慢加到a溶液中，静置陈化后放入100℃干燥箱中干燥，即得元素摩尔比为Ti:N:Zr:La:Y=100:10.26:0.53:0.35:0.54的n型干凝胶。
分别称取3g p型与n型干凝胶混合研细，在250℃下锻烧焙烧4h，得约4g S-250-4 p-n结型TiO2光催化剂。
实施例2
本实施例是优选方案。p-n结型复合光催化剂制备，按实施例1配制溶液、制得p型干凝胶与n型干凝胶。分别称取3g p型与n型干凝胶混合研细，在300℃下锻烧焙烧4h，得约4g S-300-4 p-n结型TiO2光催化剂。
实施例3
p-n结型复合光催化剂制备，按实施例1配制溶液、制得p型干凝胶与n型干凝胶。
分别称取3g p型与n型干凝胶混合研细，在350℃下锻烧焙烧4h，得4g S-350-4 p-n结型TiO2光催化剂。
实施例4
p-n结型复合光催化剂制备，按实施例1配制溶液、制p型干凝胶与n型干凝胶。
分别称取3g p型与n型干凝胶混合研细，在300℃下锻烧焙烧2h，得约4g S-300-2 p-n结型TiO2光催化剂。
实施例5
p-n结型复合光催化剂制备，按实施例1配制溶液、制p型干凝胶与n型干凝胶。
分别称取3g p型与n型干凝胶混合研细，在300℃下锻烧焙烧6h，得约4g S-300-6 p-n结型TiO2光催化剂。
总之，在300℃焙烧4h的掺杂B、N、Zr、La、Y元素的以TiO2为基体的复合光催化剂，无论是模拟太阳光激发还是紫外光激发降解有机物都具有良好的脱色效果。
对该p-n结型光催化剂的表征表明：S-300-4具有5-20nm的大小的颗粒，具有较大的比表面积（147.33m2/g）与较好的结晶度，对可见光有较为理想吸收效果。考察了多种条件下的光催化效果，结果表明：在300℃下焙烧4h样品具有良好光催化性能。在模拟太阳光照射60min时，甲基橙溶液（吸光度为0.9左右）脱色率分别达79-89%；在紫外光照射60min脱色率达100%。
本发明采用溶胶-凝胶法制备p-n结型复合光催化剂，所述制备方法操作简单、可重复性好、成本低。本发明制得的p-n结型复合光催化剂具有良好的光催化性、较好的结晶度以及较大的比表面积，对可见光具有较为理想的吸收效果，在利用可见光进行光催化降解有机污染物方面和祛除室内甲醛污染具有积极地应用前景。
本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。