[논문 리뷰] Competing adsorption of H and CO on Pd-alloy surfaces: Mechanistic insight into the mitigating effect of Cu on CO poisoning

Pernilla Ekborg-Tanner, Paul Erhart|arXiv (Cornell University)|2026. 02. 28.

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한 줄 요약

이 논문은 수소와 일산화탄소가 Pd 기반 합금 표면에서 흡착을 두고 어떻게 경쟁하는지 조사하고, 구리가 기전적 관점에서 CO 중독을 어떻게 감소시키는지 설명한다.

ABSTRACT

Multi-component alloys offer broad tunability for addressing challenges in materials science, but their vast configurational space makes their surface chemistry highly sensitive to operating conditions, for example through adsorption and segregation. Here, we study Pd-Au-Cu alloy surfaces in H$_2$ and CO environments motivated by their use in H technologies, in particular plasmonic H$_2$ sensing, where alloying can mitigate limitations intrinsic to Pd such as hysteresis and CO poisoning. Modeling multicomponent surfaces with multiple adsorbate species under realistic conditions is challenging. To this end, we establish an accurate and efficient framework that combines machine-learned interatomic potentials trained on density functional theory data to generate training data for cluster expansions with effectively no limitations on training set size. By constructing continuous surface phase diagrams for H-CO coadsorption we find that coadsorption under operating conditions is governed primarily by the H coverage during annealing. Au-rich surfaces, formed under H-poor conditions, suppress both CO and H adsorption, while H-rich conditions yield Pd-rich surfaces that maintain higher H coverages compared to Pd at relevant CO partial pressures, indicating improved CO poisoning resistance. This effect is insensitive to relative amounts of Au and Cu, despite experimental evidence of the mitigating effect of specifically Cu on CO poisoning. Kinetic barriers for dilute alloy surfaces indicate that absorption pathways near Au are highly unfavorable, while Cu leave the energetics unchanged compared to pure Pd. This finding suggests that Cu in the surface region provides viable pathways to shuttle H into the material when Pd-dominated paths are blocked by CO.

연구 동기 및 목표

• Pd 합금 표면에서 H와 CO가 흡착 자리를 두고 어떻게 경쟁하는지 이해한다.
• Pd 기반 촉매에서 Cu가 CO 중독을 완화하는 역할을 밝힌다.
• 촉매 성능과 관련된 흡착 거동에 대한 기전적 통찰을 제공한다.

제안 방법

• 발췌문에는 사용된 방법이 명시되어 있지 않다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Pd 합금 표면에서 H와 CO 사이의 흡착 경쟁 기전은 무엇인가?
• RQ2 Cu가 Pd 기반 표면에서 CO 중독 완화에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 Cu가 CO 흡착을 억제하는 데 어떤 기전적 경로가 설명하는가?

주요 결과

• Pd 합금 표면에서 Cu가 CO 중독을 완화하는 기전적 통찰이 논의된다.
• 본 연구는 촉매 성능을 이해하기 위해 H와 CO의 흡착 경쟁에 초점을 맞춘다.
• 발췌문에 특정 정량적 결과는 제공되지 않는다.