Альтернативным методом синтеза нанокристаллов является гидротермальный синтез. В основе гидротермального метода синтеза лежит высокая растворимость большого количества неорганических веществ в воде при повышенных температуре и давлении и возможность последующей кристаллизации растворенного материала из жидкой фазы. Высокая температура воды играет важную роль в трансформации материала прекурсора, поскольку при этом создается повышенное давление паров, а сама структура воды отличается от таковой при комнатной температуре. К тому же при высокой температуре изменяются свойства самих реагентов (растворимость, скорости диффузии, реакционная способность). Контроль давления паров, температуры и времени реакции предоставляет широкие возможности для синтеза высококачественных наночастиц и нанотрубок. В ходе процесса эти параметры могут варьироваться для достижения максимально высокой скорости спонтанного зародышеобразования и узкого распределения наночастиц по размерам.
Выбор растворителя не ограничивается лишь водой, а включает и другие полярныеи неполярные растворители, такие как толуол, бензол, спирты и т.д. Практически метод реализуется нагревом смеси реагентов в подходящем растворителе в автоклаве. Гидротермальный синтез ведется, как правило, при температурах 100-370ºС (критическая точка воды: 374,2 ºС, 21,4 МПа). В случае использования высококипящих растворителей температура синтеза может достигать 600 ºС. При более высоких температурах реализуют синтез в сверхкритических условиях.
В типичных гидротермальных методах наностержни ZnO синтезируются на основе следующих реакций:
(CH2)6N4+6H2O→4NH3+6HCHO
NH3+H2O↔NH3·H2O↔NH4++OH−
Zn2++2OH−↔Zn(OH)2↔ZnO+H2O
Скоростью этих реакций можно управлять путем корректировки параметров реакции, таких как концентрации реагентов, температуры реакционной среды и времени роста.
Зависимость морфологии наностержней ZnO от времени роста.