Hydrotermisk syntes ( eng. hydrothermal synthesis ) är en metod för att erhålla olika kemiska föreningar och material med hjälp av fysikalisk-kemiska processer i slutna system som sker i vattenlösningar vid temperaturer över 100°C och tryck över 1 atmosfär .
Metoden bygger på förmågan hos vatten och vattenlösningar att lösa upp ämnen vid höga temperaturer (upp till 500 ° C) och tryck (10–80 MPa , ibland upp till 300 MPa) ämnen som är praktiskt taget olösliga under normala förhållanden - vissa oxider , silikater , sulfider . Huvudparametrarna för hydrotermisk syntes, som bestämmer både kinetiken för de pågående processerna och egenskaperna hos de resulterande produkterna, är mediets initiala pH-värde , syntesens varaktighet och temperatur samt trycket i systemet. Syntesen utförs i autoklaver , som är förseglade stålcylindrar som tål höga temperaturer och tryck under långa tidsperioder.
För att erhålla nanopulver används antingen högtemperaturhydrolysreaktioner av olika föreningar direkt i en autoklav eller hydrotermisk behandling av reaktionsprodukter vid rumstemperatur - detta använder en kraftig ökning av kristallisationshastigheten för många amorfa faser under hydrotermiska förhållanden . I det första fallet laddas en vattenlösning av prekursorsalter i autoklaven , i det andra fallet en suspension av reaktionsprodukter i en lösning utförd under normala förhållanden. Behovet av att använda specialutrustning och närvaron av en temperaturgradient är vanligtvis frånvarande.
Fördelarna med den hydrotermiska syntesmetoden är möjligheten att syntetisera kristaller av ämnen som är instabila nära smältpunkten, möjligheten att syntetisera stora kristaller av hög kvalitet. Som nackdelar är det värt att notera den höga kostnaden för utrustning och omöjligheten att observera kristaller i tillväxtprocessen.
Att utföra hydrotermisk syntes är möjligt både vid en temperatur och ett tryck under den kritiska punkten för ett givet lösningsmedel, över vilken skillnaderna mellan vätska och ånga försvinner, och under superkritiska förhållanden. Lösligheten för många oxider i hydrotermiska saltlösningar är mycket högre än i rent vatten; motsvarande salter kallas mineraliserare. Det finns också en besläktad grupp av hydrotermiska syntesmetoder baserade på användningen av organiska lösningsmedel och superkritisk CO 2 .
En betydande utökning av möjligheterna med den hydrotermiska metoden underlättas genom användningen av ytterligare yttre påverkan på reaktionsmediet under syntesens gång. För närvarande har ett liknande tillvägagångssätt implementerats i hydrotermisk - mikrovågs- , hydrotermisk - ultraljuds- , hydrotermisk - elektrokemisk och hydrotermisk-mekanokemisk syntesmetoder.
Ett av de mest kända hydrotermiska nanomaterialen är syntetiska zeoliter . Ett nödvändigt villkor för deras framställning är närvaron i lösningen av vissa ytaktiva ämnen (tensider), som aktivt påverkar den morfologiska utvecklingen av oxidföreningar i hydrotermiska lösningar. Valet av syntesförhållanden och typen av ytaktivt ämne gör det möjligt att målmedvetet erhålla porösa nanomaterial med en given porstorlek, som styrs över ett ganska brett område.