I dicalcogenuri dei metalli di transizione (TMDs) rappresentano una categoria di materiali noti per la loro formula MX2, dove M è un metallo di transizione e X è un elemento calcogeno del gruppo 16 (come S, Se o Te).
Con la scoperta delle straordinarie caratteristiche del grafene, la ricerca scientifica si è spostata verso i materiali bidimensionali stratificati (2D) negli ultimi anni. I TMDs offrono un’alternativa interessante al grafene, che è stato isolato nel 2004 dai fisici Gejm e Novosëlov.
I TMDs possono assumere diverse forme, come semiconduttori (MoS2, WS2), semimetalli (WTe2, TiSe2), metalli veri (NbS2, VSe2) e superconduttori (NbSe2, TaS2). Le loro proprietà sono definite dalla struttura cristallina e dall’organizzazione degli strati nei cristalli e nei film sottili. L’abilità di combinare metalli di transizione, calcogeni e dopanti consente diverse applicazioni in settori come semiconduttori, dispositivi di archiviazione dati, spintronica, sensori e catalisi.
Per la sintesi dei TMDs, ci sono diversi metodi disponibili, come l’esfoliazione meccanica, l’esfoliazione in fase liquida, l’esfoliazione chimica, la deposizione chimica da vapore e la sintesi solvotermica. Questi materiali possono essere creati sia tramite un approccio top-down, che parte da cristalli per ottenere nanomateriali stratificati, sia tramite un approccio bottom-up, che utilizza atomi o molecole come precursori.
Nell’approccio top-down, l’esfoliazione meccanica è un metodo comune per la sintesi di TMDs di alta qualità, anche se è un processo lento e complesso da controllare. Dall’altro lato, nell’approccio bottom-up, la deposizione chimica da vapore è il metodo predominante per ottenere TMDs sottili con eccellenti proprietà elettroniche e cristalline.
I TMDs offrono interessanti prospettive per l’utilizzo in elettrodi per batterie agli ioni di litio e di sodio, mostrando performance superiori e durata. Questi materiali si rivelano promettenti anche per applicazioni nella riduzione dell’inquinamento ambientale, grazie alla loro alta superficie specifica, che li rende ideali per reazioni catalitiche e rilevamento di gas tossici.
In definitiva, i TMDs si presentano come materiali versatili con un’enorme gamma di potenziali applicazioni in diversi settori, dalla tecnologia delle batterie alla catalisi ambientale, contribuendo così all’avanzamento della scienza e della tecnologia.