In chimica, un catalizzatore è una sostanza che viene aggiunta per accelerare la velocità di una reazione senza essere consumata nel processo. Il catalizzatore viene spesso aggiunto in piccola quantità rispetto ai reagenti e potrebbe essere riutilizzato in sequenza in lotti futuri. Un catalizzatore omogeneo è uno che fa parte della stessa fase dei reagenti — solidi, liquidi o gassosi — durante la reazione. Spesso i componenti sono di fasi diverse allo stato puro ma sono disciolti in un comune solvente. Sotto questa definizione, anche un gas che reagisce con un liquido in presenza di un catalizzatore normalmente solido è omogeneo se i tre sono tutti disciolti in quel momento.
La maggior parte della catalisi industriale impiega catalizzatori eterogenei. Nella catalisi eterogenea, ci sono due o più fasi della reazione e spesso coinvolge un componente liquido o gassoso esposto a un componente catalitico solido attaccato a un substrato di supporto per comodità e per prevenire la perdita. Ciò potrebbe essere dovuto al fatto che il catalizzatore è costoso, incluso un componente in metallo prezioso. Per aumentare l’efficienza, l’area superficiale può essere massimizzata con il catalizzatore che viene diviso in modo molto definitivo. Un esempio è il convertitore catalitico presente nella maggior parte delle automobili.
L’uso di un catalizzatore omogeneo nella chimica complessa è di particolare interesse, in parte a causa dei nuovi usi dei complessi organometallici. Le prime applicazioni di composti di organomagnesio e organolitio erano in gran parte come ingredienti di reazione, piuttosto che come catalizzatori. Tali composti erano instabili; il loro utilizzo richiedeva la loro dissoluzione in solventi pericolosi come l’etere o il tetraidrofurano (THF). La combinazione di questi con altri reagenti liquidi collocava quelle reazioni, per definizione, nella categoria omogenea.
Oggi si conoscono molti più composti organometallici. Alcuni di essi possono essere inseriti nella categoria dei catalizzatori omogenei. Sono spesso più stabili e più facili da maneggiare. Questo tipo di composto offre un ambito di utilizzo più ampio ed è spesso usato come catalizzatore omogeneo, piuttosto che come reagente.
Alcuni dei nuovi reagenti sono utili nelle reazioni di polimerizzazione. Altri sono adatti per la produzione farmaceutica a causa della loro capacità di impartire chiralità. Questo si riferisce alla capacità di controllare la progettazione strutturale così da vicino che la luce polarizzata ruota solo in un modo.
Un’applicazione degna di nota è il tentativo di imitare il mondo vegetale mediante la fotosintesi artificiale. Con questo non va confuso un altro uso del termine: la scissione dell’acqua in idrogeno per la produzione di carburante. Piuttosto, la fotosintesi artificiale in questo caso si riferisce alla conversione di anidride carbonica e acqua in carboidrati e ossigeno. Da alcuni anni i catalizzatori organometallici sono stati studiati pensando alla fotosintesi artificiale.