图4.1 为在不同反应时间下，通过L-lysine 辅助合成和未加L-lysine 合成产物的XRD 谱图。 从图中可以看出，这些样品的主要衍射峰的位置与六方晶系β-Ni(OH)2 的标准卡片(JCPDS No. 14-0117，空间群P-3m1)一一对应，没有任何反应物或中间产物的杂峰出现，表明产物为高结晶度和高纯度的β-Ni(OH)2晶体。 如图4.1 中曲线a 所示，相对低的衍射峰强度可能是由于样品在反应初始阶段结晶度低；随着反应的进行，衍射峰强度逐渐变强，表明样品的结晶程度也随之增加，如图4.1 中曲线b 所示；2 h 后，获得了高结晶度的六方相β-Ni(OH)2 如图4.1 中曲线c 所示；随着反应时间的增加，衍射峰的强度变化微弱，如图4.1 中曲线d—g 所示。 另外，与未加L-lysine 制备的β-Ni(OH)2 相比，如图4.1 中曲线h 所示，L-lysine 辅助合成的β-Ni(OH)2 中的(101)晶面衍射峰强度显著增加，而(001)晶面的衍射峰强度却变弱了。 这可能是由于L-lysine 选择性吸附在(001)晶面上，抑制晶体沿着[001]方向生长，所以晶粒沿着[101]方向生长明显快于其他方向，如[001]方向。
图4.1 在不同反应时间下L-lysine 辅助合成Ni(OH)2 样品的XRD 谱图
30 min(曲线a)；1 h(曲线b)；2 h(曲线c)；3 h(曲线d)；4 h(曲线e)；5 h(曲线f)；6 h(曲线g)；经6 h 反应后未添加L-lysine 合成的对比样品(曲线h)
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图4.2 (a)(b)(c)分等级β-Ni(OH)2 空心微球在不同放大倍数下的SEM 图；(d)分等级β-Ni(OH)2 空心微球的EDS 图；(e)(f)未添加L-lysine 所得产物的SEM 图
利用SEM 和TEM 图来研究β-Ni(OH)2 的微观结构。 图4.2 为产物的SEM 图和EDS 谱图。 如图4.2(a)所示，产物为大量的相对统一的空心微球，其中一些开口的微球表明样品具有空心结构，在下面TEM 图中得到了进一步的验证。 此外，该微球由许多薄片状Ni(OH)2 微晶组成。 由高放大倍数的SEM 图[图4.2(b)]可知，β-Ni(OH)2 的分等级结构，是由彼此交错的纳米片组成的直径为1.8 ～2.2 μm 的鸟巢状微球。 图4.2(c)中一个典型的破口微球表明了其空腔结构，从该微球的边缘可以看出样品是由很多交叉的纳米片组成的。 EDS 谱图[图4.2(d)]中显示出O 元素和Ni 元素的峰，说明产物中有这两种元素存在。 图4.2(e)和图4.2(f)为未加L-lysine 制备的β-Ni(OH)2 的SEM 图，从图中可以看出，产物为大量不规则的类球形颗粒，并没有出现Ni(OH)2空心微球。 结果表明L-lysine 在控制β-Ni(OH)2 的形貌和尺寸上起到了关键作用。
图4.3 为β-Ni(OH)2 的TEM 图，用来进一步表征β-Ni(OH)2 的分等级空心微观结构。 如图4.3(a)所示，深色边缘和浅色中心的鲜明对比表明产物为空心结构。 由单个Ni(OH)2 空心微球的TEM 图[图4.3(b)]可以看出，微球内部有一个明显的空腔，并且四周是由许多纳米片自组装排列而成的外壳。 从图4.3(c)微球边缘中看到多个突出纳米片，证明Ni(OH)2 是由大量的纳米片交叉组成的，此结果与SEM 图(图4.2)一致。 从HRTEM 图[图4.3(d)]中可以看到清晰的晶格条纹，说明样品具有良好的结晶度，两个相邻晶格条纹之间的距离为0.44 nm，这与β-Ni(OH)2(001)晶面间距d001值(JCPDS No. 14-0117)相同，表明合成产物为β-Ni(OH)2。
图4.4 为分等级β-Ni(OH)2 空心微球的N2 吸附/脱附等温线及相应的孔径分布图。 这条等温线归类为Ⅳ型，在更大的相对压力范围(0.6 ～1.0)下，出现了明显的滞后环，说明该产物中有介孔存在[213]。 样品的SBET和总孔体积值分别为47 m2/g，0.17 cm3/g。 孔尺寸分布图(内插图)说明介孔尺寸分布在4 ～31 nm，平均孔直径为14 nm。 孔径分布较宽与彼此堆垛的β-Ni(OH)2纳米晶形成的孔隙空间有关，这种多孔结构为反应物进入β-Ni(OH)2 内部提供了有效的运输通道，可以显著提高其电化学性能。
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