Reactivity and phase transitions in transition metal dichalcogenides intercalation chemistry

Laboratoire de Chimie des Solides, UA 279, 2, rue de la Houssinière, F. 44072 Nantes Cedex, France.

Abstract

The reactivity of two dimensional solids towards the intercalation process depends on factors such as the mechanical properties of the slabs, geometrical conditions linked to the nature of the available sites, and the electronic transfer from guest species to host. The latter plays an essential role, leading to three different situations depending on the fact that the accepting levels can be discrete atomic levels, or “molecular” levels formed by a cluster, or delocalized levels in a band structure. Intercalation chemistry appears as the result of a competition between a cost in elastic energy to distort the host and a gain in electronic energy associated with the electronic transfer. The same factors can be considered in a discussion of phase transitions in the corresponding systems.

Résumé

La réactivité vis à vis du processus d'intercalation de solides bidimensionnels tels que les dichalcogénures des éléments de transition, dépend de facteurs géométriques, mécaniques, électroniques. Parmi ceux-ci le transfert électronique entre espèce intercalée et réseau d'accueil joue probablement le rôle essentiel avec trois situations différentes correspondant à trois états de délocalisation de l'électron transféré : niveaux atomiques discrets, niveaux « moléculaires » fournis par un cluster, niveaux étendus d'une structure de bande. La chimie d'intercalation résulte d'un compromis favorable entre un coût en énergie élastique de distorsion d'un réseau d'accueil et un gain en énergie électronique associé au transfert. Les mêmes paramètres interviennent dans une discussion des transitions de phases.