催化剂是一种它能够加速反应的速率而自身不改变物质。它能够诱导化学反应发生改变,而使化学反应变快或者在较低的温度环境下进行化学反应。在有催化剂的环境下,分子只需较少的能量即可完成化学反应。
催化剂又称触媒,其作用通常是加速反应,例如铁催化剂可使氮和氢转变为氨的反应大为加速,使合成氨工业成为可能。若其作用是使反应减速,则称负催化剂,如少量醇、酚或蔗糖可抑制亚硫酸钠溶液被溶于水中的氧所氧化。催化剂可以是气态物质(如氧化氮)、液态物质(如酸、碱、盐溶液)或固态物质(如金属、金属氧化物),还有些以胶体状态存在(如生物体内的酶)。在催化剂工业中,主要产品是固体催化剂。
催化剂在现代化学工业中占有极其重要的地位,现在几乎有半数以上的化工产品,在生产过程里都采用催化剂。例如,合成氨生产采用铁催化剂,硫酸生产采用钒催化剂,乙烯的聚合以及用丁二烯制橡胶等三大合成材料的生产中,都采用不同的催化剂。
催化剂的性能
一种催化剂可使特定的反应循阻力较小的途径进行,降低所需的活化能,从而使反应加速。例如图中虚线表示反应物循非催化反应途径转变成产物,活化能为E。当存在某种固体催化剂时,其反应途径如实线所示:第一步,反应物与催化剂作用,变成吸附态的反应物,活化能为E1;第二步,吸附态的反应物转变成吸附态的产物,活化能为E2;第三步,吸附态的产物脱附,变成产物并释放出催化剂,活化能为E3。虽然这两条途径的结果相同,但在催化反应途径中,各步骤的活化能均小于非催化反应途径的活化能,故阻力较小,反应加速。在催化反应途径中,催化剂虽然参与反应,但经历特定的循环后重新被释放出来,此循环过程称催化循环。负催化剂的作用通常是能毒化反应系统中原有的催化剂或截断反应链。

一种催化剂只能选择性地加速某一或某些特定的化学反应,意即同一催化剂对于不同的反应具有不同的催化活性,称催化剂选择性。利用催化剂对反应的选择性来控制原料的化学转变方向,在化学工业中有重要意义。
在可逆反应中,对于正、逆反应的速度,催化剂是以同样的倍率产生影响的。所以催化剂虽然能加速化学反应,但它不能改变化学平衡常数,只能影响反应向平衡状态推进的速度。例如铂、钯催化剂可使苯加氢转变为环己烷,但在有利于脱氢反应的热力学条件下,它们亦可使环己烷脱氢成苯。
催化剂在使用过程中,因某些物理和化学作用破坏了催化剂原有的组织和构造,催化剂会降低或丧失活性,这种现象称为催化剂衰退或催化剂失活。例如反应物中的某些杂质与催化剂作用或覆盖于催化剂表面,会使催化剂中毒,导致催化剂衰退。有些催化剂失活后可以用特定的方法处理,使催化剂再生,重新恢复催化活性;有些催化剂失活后不能再生。但所有的催化剂都有一定的使用期限,称催化剂寿命。
催化剂使用
为了使催化剂充分发挥作用,需要在工业装置上正确地使用催化剂,包括催化剂的贮藏、装填、开工、活化、钝化、运转、再活化、再生等。
商品催化剂是存放在密封的贮器中,并注意贮存温度,以免变质。有些催化剂,如骨架镍需贮存于液体中,严密隔绝空气。有的要在氮气氛中装填,否则会因氧化
