En chimie, un catalyseur est une substance qui est ajoutée pour accélérer la vitesse d’une réaction sans être elle-même consommée dans le processus. Le catalyseur est souvent ajouté en petite quantité par rapport aux réactifs et peut être réutilisé séquentiellement dans les lots futurs. Un catalyseur homogène est celui qui fait partie de la même phase que les réactifs – qu’ils soient solides, liquides ou gazeux – pendant la réaction. Souvent, les composants sont de phases différentes à l’état pur mais sont dissous dans un solvant commun. Selon cette définition, même un gaz réagissant avec un liquide en présence d’un catalyseur ordinairement solide est homogène si les trois sont tous dissous à la fois.
La plupart des catalyses industrielles utilisent des catalyseurs hétérogènes. Dans la catalyse hétérogène, il y a deux phases ou plus dans la réaction, et elle implique fréquemment un composant liquide ou gazeux exposé à un composant catalytique solide fixé à un substrat porteur pour plus de commodité et pour éviter les pertes. Cela peut être dû au fait que le catalyseur est coûteux, y compris un composant de métal précieux. Pour augmenter l’efficacité, la surface spécifique peut être maximisée, le catalyseur étant très finalement divisé. Un exemple est le convertisseur catalytique que l’on trouve dans la plupart des automobiles.
L’utilisation d’un catalyseur homogène en chimie complexe présente un intérêt particulier, en partie à cause des nouvelles utilisations des complexes organométalliques. Les premières applications des composés organomagnésiens et organolithiens étaient en grande partie des ingrédients de réaction plutôt que des catalyseurs. De tels composés étaient instables ; leur utilisation nécessitait leur dissolution dans des solvants dangereux tels que l’éther ou le tétrahydrofurane (THF). Leur combinaison avec d’autres réactifs liquides a placé ces réactions, par définition, dans la catégorie homogène.
Aujourd’hui, il existe beaucoup plus de composés organométalliques connus. Certains d’entre eux peuvent être classés dans la catégorie d’un catalyseur homogène. Ils sont souvent plus stables et plus faciles à manipuler. Ce type de composé offre une plus large gamme d’utilisations et est souvent utilisé comme catalyseur homogène, plutôt que comme réactif.
Certains des nouveaux réactifs sont utiles dans les réactions de polymérisation. D’autres sont bien adaptés à la fabrication pharmaceutique en raison de leur capacité à conférer une chiralité. Cela fait référence à la capacité de contrôler la conception structurelle de si près que la lumière polarisée ne tourne que dans un sens.
Une application des plus remarquables est la tentative d’imiter le monde végétal au moyen de la photosynthèse artificielle. Il ne s’agit pas de confondre une autre utilisation du terme : la décomposition de l’eau en hydrogène pour la production de carburant. Dans ce cas, la photosynthèse artificielle fait plutôt référence à la conversion du dioxyde de carbone et de l’eau en glucides et en oxygène. Depuis quelques années, les catalyseurs organométalliques sont étudiés en vue de la photosynthèse artificielle.