Katalyse ist ein Prozess, der die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion durch Senkung der Aktivierungsenergie erhöht, dank der Intervention einer Substanz, die als Katalysator bezeichnet wird. Der Katalysator selbst bleibt nach der Reaktion unverändert, was es ihm ermöglicht, an mehreren Reaktionen teilzunehmen. Dieses Prinzip spielt eine entscheidende Rolle in verschiedenen industriellen Anwendungen, wie beispielsweise in der Produktion von Chemikalien, Pharmazeutika und Brennstoffen.

Es gibt zwei Haupttypen der Katalyse: heterogene Katalyse und homogene Katalyse. Bei der heterogenen Katalyse befindet sich der Katalysator in einer anderen Phase als die Reaktanten, häufig feste Katalysatoren im Kontakt mit flüssigen oder gasförmigen Reaktanten. Dieser Typ der Katalyse wird häufig in industriellen Prozessen verwendet, wie beispielsweise in Katalysatoren in Autos, bei denen Platin- oder Palladiumkatalysatoren die Umwandlung von Giftgasen in weniger schädliche Substanzen erleichtern.

Die homogene Katalyse hingegen umfasst Katalysatoren in der gleichen Phase wie die Reaktanten, typischerweise in einer flüssigen Lösung. Diese Form wird oft bei der Synthese von Feinchemikalien und Pharmazeutika genutzt. Ein Beispiel ist die Verwendung von organometallischen Komplexen in Hydroformylierungsreaktionen zur Herstellung von Aldehyden aus Alkenen.

Ein aufregender Bereich innerhalb der Katalyse ist die Elektrokatalyse, die sich auf die Förderung elektrochemischer Reaktionen mit Hilfe von Katalysatoren konzentriert. Dies hat bedeutende Auswirkungen auf Energiespeicher- und -umwandlungstechnologien, wie die Wasserstoffproduktion durch Wasserspaltung oder in Brennstoffzellen.

Die Katalyse spielt auch in biologischen Systemen eine wesentliche Rolle, bei denen Enzyme (biologische Katalysatoren) wichtige biochemische Reaktionen ermöglichen, die für das Leben notwendig sind. Zum Beispiel sind DNA-Replikation und Stoffwechsel stark auf enzymatische Katalyse angewiesen.

Das Verständnis und die Optimierung katalytischer Prozesse bleiben ein zentraler Bereich der Forschung und versprechen Fortschritte in Nachhaltigkeit, Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit chemischer Prozesse.