Katalyse refererer til det kemiske fænomen, hvor en katalysator accelererer eller decelererer en kemisk reaktion ved at sænke aktiveringsenergien og ændre reaktionsvejen. Dens princip er baseret på Arrhenius-ligningen; katalysatoren øger reaktionshastigheden ved at deltage i reaktionen, sænke aktiveringsenergien eller ændre den præ-eksponentielle faktor. Specifikt kan det klassificeres i homogen katalyse, heterogen katalyse, biokatalyse og autokatalyse. Syre-basekatalyse er en reaktionstype, der bruger syrer og baser som katalysatorer, og den er opdelt i homogene og heterogene former. Førstnævnte omfatter flydende-fasereaktioner såsom den katalytiske hydrering af ethylen og svovlsyre til ethanol, mens sidstnævnte dækker fastfase-katalytiske processer såsom råoliekrakning.
Inden for biokatalyse bruges strategien "fire-aminosyrescanning" til at forbedre enzymkatalytisk effektivitet. Frontier molekylær orbital-teorien introduceres i designet af enkelt-atomkatalysatorer for at konstruere hydrogeneringskatalysatorer med både høj aktivitet og høj stabilitet. I fotokatalysematerialer er en dobbelt S-type heterojunction Bi7O9I3/Cd0.5Zn0.5S QDs/WO3-x blevet udviklet for at opnå fuldstændig nedbrydning af phenol under fuld-spektrumrespons. Carbon quantum dot-modificerede g-C3N4/BiOIO3 heterojunctions udviser betydelige præstationsforbedringer inden for kuldioxid fotokatalytisk reduktion.
