ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЙ СИНТЕЗ

Термин

гидротермальный синтез

Термин на английском

hydrothermal synthesis

Синонимы

Аббревиатуры

Связанные термины

"мокрая" химия, морфология наноструктур, "мягкая" химия, нановискер, нанопорошок, наночастица, цеолит, наностержень

Определение

метод получения различных химических соединений и материалов с использованием физико-химических процессов в закрытых системах, протекающих в водных растворах при температурах свыше 100 ^оС и давлениях выше 1 атм

Описание

Метод основан на способности воды и водных растворов растворять при высоких температуре (до 500 ^оС) и давлении (10-80 МПа, иногда до 300 МПа) вещества, практически нерастворимые в обычных условиях - некоторые оксиды, силикаты, сульфиды. Основными параметрами гидротермального синтеза, определяющими как кинетику протекающих процессов, так и свойства образующихся продуктов, являются начальное значение рН среды, продолжительность и температура синтеза, величина давления в системе. Синтез осуществляется в автоклавах, представляющих собой герметичные стальные цилиндры, способные выдерживать высокие температуры и давление в течение длительного времени.

Для получения нанопорошков обычно используются либо реакции высокотемпературного гидролиза различных соединений непосредственно в автоклаве, либо гидротермальная обработка продуктов реакций при комнатной температуре - при этом используется резкое увеличение скорости кристаллизации многих аморфных фаз в гидротермальных условиях.В первом случае в автоклав загружается водный раствор солей-прекурсоров, во втором - суспензия продуктов реакции в растворе, проведенной при обычных условиях. Необходимость в использовании специальной оснастки и градиента температуры при этом обычно отсутствует.

Преимуществами метода гидротермального синтеза являются возможность синтеза кристаллов веществ, нестабильных вблизи температуры плавления, возможность синтеза крупных кристаллов высокого качества. В качестве недостатков стоит отметить дороговизну оборудования и невозможность наблюдения за кристаллами в процессе роста.

Проведение гидротермального синтеза возможно как при температуре и давлении ниже критической точки для данного растворителя, выше которой исчезают различия между жидкостью и паром, так и в сверхкритических условиях. Растворимость многих оксидов в гидротермальных растворах солей значительно выше, чем в чистой воде; соответствующие соли получили название минерализаторов. Существует также родственная гидротермальному группа сольвотермальных методов синтеза, основанная на использовании органических растворителей и сверхкритического СО₂.

Существенному расширению возможностей гидротермального метода способствует применение дополнительных внешних воздействий на реакционную среду в процессе синтеза. В настоящее время подобный подход реализован в гидротермально-микроволновом, гидротермально-ультразвуковом, гидротермально-электрохимическом и гидротермально-механохимическом методах синтеза.

Одним из наиболее известных наноматериалов, производимых гидротермальным методом, являются синтетические цеолиты. Необходимым условием их получения является присутствие в растворе некоторых поверхностно-активных веществ (ПАВ), активно влияющих на морфологическую эволюцию оксидных соединений в гидротермальных растворах. Выбор условий синтеза и типа ПАВ позволяет целенаправленно получать пористые наноматериалы с заданным размером пор, регулируемым в достаточно широких пределах.

Авторы

• Чурагулов Булат Рахметович, д.х.н.
• Зайцев Дмитрий Дмитриевич, к.х.н.
• Шляхтин Олег Александрович, к.х.н.

Ссылки

1. Гидротермальные процессы / Химическая энциклопедия. Т. 1 в 5 т. - М.: Советская энциклопедия, 1988 - С. 567
2. Hydrothermal synthesis / Wikipedia, the Free Encyclopedia URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrothermal_synthesis (дата обращения 29.11.2009)
3. Komarneni S., Li Q., Stefansson K.M., Roy R. Microwave-Hydrothermal Processing for Synthesis of Electroceramic Powders // J. Mater. Res. - № 8(12), 1993 - P. 3176-3183
4. Meskin P.E., Ivanov V.K., Baranchikov A.E., Churagulov B.R., Tretyakov Yu.D. Ultrasonically-assisted hydrothermal synthesis of nanocrystalline ZrO2, TiO2, NiFe2O4 and Ni0.5Zn0.5Fe2O4 powders // Ultrasonics-Sonochemistry - №13, 2006 - P.47-53

Иллюстрации

Нанокристаллический TiO2, полученный гидротермальным способом.

Теги

Разделы

Методы формирования наноматериалов

получение кристаллов неорганич. в-в (напр., SiO2, фосфатов) в условиях, моделирующих процессы обра зования минералов в земных недрах. Осн. на способности воды и вод. р-ров при высоких темп-ре (до 500 °С) и давлении (обычно 10-80 МПа) растворять в-ва, практически нераст воримые в обычных условиях,- нек-рые окси ды, силикаты, сульфиды и др. В подобных ус ловиях выращивают также кр. монокристаллы (напр., кристаллы кварца массой до 50 кг).