Katalysatoren sind Stoffe, die die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen erhöhen, ohne selbst dauerhaft verbraucht zu werden. In der Werkstoff- und Oberflächenchemie sind sie zentrale Funktionselemente, da ihre Aktivität und Stabilität direkt von der chemischen Zusammensetzung, der Kristallstruktur, der Phasenreinheit sowie der Mikro- und Nanostruktur des Materials abhängen.

Wesentliche Kenngrößen sind Aktivität, Selektivität und Stabilität. Diese werden durch Parameter wie spezifische Oberfläche, Art und Dichte aktiver Zentren, elektronische Struktur (z.B. d‑Band-Zentrum bei Übergangsmetallen) sowie Massentransport in porösen Strukturen bestimmt. Feste Katalysatoren, etwa Platin- oder NiMo-Systeme auf oxidischen Trägern, dominieren in der Heterogenkatalyse, da sie gut separierbar und technisch robust sind.

Die Materialentwicklung umfasst Edelmetallkatalysatoren (z.B. Pt), komplexe Oxide (z.B. CeO₂-basierte Katalysatoren), feste Säurekatalysatoren (z.B. Zeolithe) und molekulare Systeme wie Tetraphenylporphyrin-Komplexe, die auch als Modelle für Enzymimitation dienen. Bei Elektrokatalysatoren für Brennstoffzellen oder Elektrolyse stehen zusätzlich Leitfähigkeit und Grenzflächen-Engineering zwischen Katalysator, Elektrolyt und Stromableiter im Fokus.

Moderne Werkstoffforschung adressiert Deaktivierungsmechanismen wie Sinterung, Korrosion, Vergiftung und Phasenumwandlungen. Rationales Design kombiniert experimentelle Charakterisierung (in‑situ/operando-Spektroskopie, Mikroskopie) mit quantenchemischer Simulation, um Struktur‑Eigenschafts-Beziehungen aufzuklären und Katalysatorleistung gezielt zu optimieren.