本发明涉及一种利用无机蒸汽反应法制备金属氧氮化物薄膜的方法
背景技术：
能源是现代社会的基础和动力，随着现代工业的发展，人类对于能源的需求量也在急剧增长。随着社会主义现代化建设的不断发展，对于能源的需求不断增长与储量有限的化石能源之间的矛盾日益加剧。同时传统化石燃料的大量应用也导致了温室气体和污染物的大量排放，造成了严峻的环境问题。因此，寻求和利用清洁无污染的可再生能源对优化能源结构和保障经济社会的持续发展具有重大的战略意义。
氢能是一种公认的清洁能源，具有燃烧热值高和资源丰富等优点。氢经济是为了取代现有石油经济体系而提出的一种以氢能为能源的未来经济结构设想，从而解决造成诸多困扰的环境问题并摆脱日益枯竭的化石能源的制约。然而现今主要的氢气来源仍然是化石燃料的裂解。氢气的绿色廉价大规模制备是制约氢经济实现的关键技术之一。其中光催化水分解制氢作为一种能直接将太阳能转化为氢能储存起来的能量利用途径，并且以其低成本与高效等优点，近些年来受到越来越多的关注。而截至目前，光电化学分解水技术仍然受制于如何制备高效、稳定的光电极材料。
目前制备金属氧氮化物薄膜的方法主要是通过两步法，即首先制备氧氮化物粉末，再把粉末颗粒组装成薄膜。此种方法制备的金属氧氮化物薄膜质量不高，不能得到完整覆盖的无缝隙的薄膜，这极大的限制了金属氧氮化物薄膜的应用于发展。因此本发明旨在寻求一种新型的制备金属氮氧化物薄膜的方法，用以原位制备高质量的金属氧氮化物薄膜。
技术实现要素：
本发明目的是，提供一种有效新型的制备金属氮氧化物薄膜的方法，用以原位制备高质量的金属氧氮化物薄膜。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种利用无机蒸汽反应法制备金属氧氮化物薄膜的方法，包括：
(1)按照金属碳酸盐(10％-90％)与金属卤素盐(90％-10％)的摩尔比例，分别研磨caco3/cacl2、srco3/srcl2和baco3/bacl2，金属碳酸盐与金属卤素盐的金属指ca、sr或ba、la或pr；得到ca熔盐、sr熔盐以及ba熔盐。
(2)将步骤(1)的熔盐取0.1g～0.5g置于瓷舟底部，将ta、ti或nb金属薄膜置于瓷舟顶部；
(3)将步骤(2)放置好前驱体的瓷舟置于氨气气氛中800℃～900℃煅烧1小时或以上；
(4)将步骤(3)中得到的金属氧氮化物薄膜用清水清洗，干燥。
所述步骤(1)中的金属碳酸盐包括碳酸钙、碳酸锶、碳酸钡、碳酸镧和碳酸镨；金属卤素盐包括氯化钙、氯化锶、氯化钡、氯化镧和氯化镨；金属薄膜衬底包括金属钽薄膜、金属铌薄膜和金属钛薄膜。
所述步骤(2)中将金属薄膜衬底置于熔盐的上风向，使得高温下气化的熔盐蒸汽挥发到金属薄膜上与之反应，原位制备金属氧氮化物薄膜。
本发明的有益效果是：采用本方法制备的srtao2n薄膜光电极，能够使srtao2n的光电化学性能大幅提高，在模拟太阳光下(am1.5g，100mwcm-2)的光电流达到1.91macm-2(所加偏压为1.23v相对于标准可逆氢电极)，并具有0.48v相对于标准可逆氢电极的开启电势。
附图说明
图1为制备的srtao2n薄膜的x射线衍射图谱；
图2为制备的srtao2n薄膜表面的扫描电镜照片；
图3为制备的srtao2n薄膜截面的扫描电镜照片；
图4为制备的srtao2n薄膜的高分辨率的透射电镜照片，图中晶格条纹间距为0.286nm，对应于srtao2n的110晶面。
具体实施方式
下面通过具体的实施例结合附图对本发明做进一步的详细描述。以下实例将有助于相关领域的技术工作人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。同时，这里指出对本领域的普通技术人员来说，本发明中最优的数据只针对本发明，在不脱离本发明构思的前提下，合理地若干调整和改进，都属于本发明的保护范围。
实施例1
制备srtao2n氧氮化物薄膜包括如下步骤：(1)将钽金属薄膜剪切成10mmx15mm大小的小片，并分别在丙酮、酒精和去离子水中清洗，备用；(2)称取0.03摩尔srcl2·6h2o和0.01摩尔srco3，混合均匀并充分研磨；(3)将步骤(2)得到的熔盐取0.2克置于刚玉瓷舟底部；(4)将步骤(1)中得到的金属钽薄膜小片取3片置于刚玉瓷舟顶部；(5)将步骤(4)中放置好前驱体的刚玉瓷舟置于氨气气氛中900℃煅烧2小时；(6)将步骤(5)制备的srtao2n(金属钽薄膜表面通过原位反应生成)金属氧氮化物薄膜用清水清洗并干燥。
实施例2
制备catao2n氧氮化物薄膜包括如下步骤：(1)将钽金属薄膜剪切成10mmx15mm大小的小片，并分别在丙酮、酒精和去离子水中清洗，备用；(2)称取0.03摩尔cacl2和0.01摩尔caco3，混合均匀并充分研磨；(3)将步骤(2)得到的熔盐取0.2克置于刚玉瓷舟底部；(4)将步骤(1)中得到的金属钽薄膜小片取3片置于刚玉瓷舟顶部；(5)将步骤(4)中放置好前驱体的刚玉瓷舟置于氨气气氛中900℃煅烧2小时；(6)将步骤(5)制备的catao2n金属氧氮化物薄膜用清水清洗并干燥。
实施例3
制备batao2n氧氮化物薄膜包括如下步骤：(1)将钽金属薄膜剪切成10mmx15mm大小的小片，并分别在丙酮、酒精和去离子水中清洗，备用；(2)称取0.03摩尔bacl2和0.01摩尔baco3，混合均匀并充分研磨；(3)将步骤(2)得到的熔盐取0.2克置于刚玉瓷舟底部；(4)将步骤(1)中得到的金属钽薄膜小片取3片置于刚玉瓷舟顶部；(5)将步骤(4)中放置好前驱体的刚玉瓷舟置于氨气气氛中900℃煅烧2小时；(6)将步骤(5)制备的batao2n金属氧氮化物薄膜用清水清洗并干燥。
实施例4
制备srnbo2n氧氮化物薄膜包括如下步骤：(1)将铌金属薄膜剪切成10mmx15mm大小的小片，并分别在丙酮、酒精和去离子水中清洗，备用；(2)称取0.03摩尔srcl2·6h2o和0.01摩尔srco3，混合均匀并充分研磨；(3)将步骤(2)得到的熔盐取0.2克置于刚玉瓷舟底部；(4)将步骤(1)中得到的金属铌薄膜小片取3片置于刚玉瓷舟顶部；(5)将步骤(4)中放置好前驱体的刚玉瓷舟置于氨气气氛中900℃煅烧2小时；(6)将步骤(5)制备的srnbo2n金属氧氮化物薄膜用清水清洗并干燥。
采用本方法制备的srtao2n薄膜光电极，能够使srtao2n的光电化学性能大幅提高，在模拟太阳光下(am1.5g，100mwcm-2)的光电流达到1.91macm-2(所加偏压为1.23v相对于标准可逆氢电极)，并具有0.48v相对于标准可逆氢电极的开启电势.
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。