Siden katalysatoren ikke blir forbrukt trengs det vanligvis små mengder katalysator i reaksjonen. Uten tilsetning av katalysator går reaksjonen meget sakte. Katalysatoren senker aktiveringsenergien slik at molekylene får nok energi til å reagere under trykk- og temperaturforhold hvor de ellers ikke kan inngå i en slik reaksjon.
I metallenzymer er det transisjonsmetaller som inngår som kofaktor i den katalytiske reaksjonen på det aktive sete, for eksempel zink (Zn2+) i samvirke med blant annet den aromatiske aminosyren histidin. Kation av jern, mangan, kobber, molybden, vanadium og nikkel er andre eksempler på metaller i metallenzymer. Imidlertid er det mange enzymer som katalyserer reaksjoner hvor det ikke inngår metaller.
Reaktantene i en katalysereaksjon kan være gasser som i en katalysator i fast form montert i eksosrøret på biler som renser eksosen (avgassene) fra forbrenningsmotoren. Katalysatorer blir brukt innen kjemisk industri for eksempel jern og molybden i Haber-Bosch-prosessen for å lage redusert nitrogengjødsel. Vanadium (V)-oksid som katalysator (V2O5) i produksjon av svovelsyre.
Katalyttisk polymerisering av etylen for å lage plasten polyetylen med titan(III)klorid som katalysator (Ziegler-Natta katalyse) eller krom(VI) oksid i kvarts.
Raney nikkel, en legering av nikkel og aluminium tilsatt små mengder zink og krom brukt i hydrogenering av planteoljer for å lage herdet fett. eller i omdanning av benzen til sykloheksan
Autokatalyse er hvor produktet i reaksjonen lager mer katalysator.
Assymmetrisk organokatalyse
Nobelprisen i kjemi 2021 ble tildelt Benjamin List og David MacMillan «for utviklingen av asymmetrisk organokatalyse». Mange katalysatorer basert på metaller er følsomme for oksygen og fuktighet, i tillegg er mange av dem skadelige tungmetaller. Benjamin List arbeidet med katalyttiske antistoffer, brukt til å drive en kjemisk reaksjon, men kom på tanken kan bare en enkelt aminosyre i et protein virke som en katalysator ? Han introduserte begrepet organokatalyse. Navnet organo henspiller på et slikt organisk molekyl. Organiske molekyler bygger opp alt liv. Enzymer utfører asymmetrisk katalyse og velger ut bare ett av to speilbilder (enantiomere) av et molekyl (chiralitet), derav navnet assymmetrisk.
Det viser seg at aminosyren prolin kan virke som katalysator, N-atomet kan bidra med elektroner i reaksjonen. Enamin katalyse blir brukt av enzymet aldolase hvor eanamin er en Lewis base og iminiumion er en er en Lewis syre. Prolin kan utføre aldolreaksjon, hvor to karbonatomer fra forskjellige stoffer bindes sammen. Det er en fundamental oppdagelse. Det ga starten på utvikling av nye molekylære verktøy for å kunne konstruere og lage nye organiske molekyler, en ny type mer miljøvennlig og effektiv katalyse. Dessuten har den farmasøytiske industrien behov for bare den ene speilbildeformen av et molekyl, og det kan lages med organokatalyse. Det er mulig å syntetisere alkaloidet stryknin, første gang laget i 1952 i 29 kjemiske reaksjoner, men med dårlig utbytte. Med assymetrisk organokatalyse kan man lage stryknin i færre trinn og med mye større utbytte.
Katalysator i forbrenningsmotorer
En katalysator for bensinmotorer oksiderer flyktige organiske hydrokarboner (CnHn) og karbonmonoksid (CO) i eksosen til karbondioksid (CO2) og vann. Oksidasjonen trenger nok oksygen og i elektronisk styrt brennstoffinjeksjon måles O2 konsentrasjon før og etter katalysatoren. Nitrogenoksider (NOx) blir redusert til nitrogen og oksygen. Katalysatoren dekker størst mulige overflater i et nettverk. Katalysatoren inneholder platina (oksidasjon og reduksjon), palladium (oksidasjon) og rhodium (reduksjon). Katalysen er mest effektiv ved 400oC og katalysatoren er derfor montert på eksosrøret. Svovelforbindelser kan bli redusert til hydrogensulfid som gir lukt. Metallene i katalysatoren er kostbare og er et populært tyveriobjekt.
For dieselmoterer er katalysen mer kompleks og omfattende.
Fotokatalyse
Fotokatalyse er å bruke synlig lys, mørkerødt lys eller nært infrarødt samt ultrafiolett stråling i en fotokjemisk reaksjon på en fast overflate. Fotokatalyse ved å bruke halvledere og sollys til å oksidere vann til hydrogen og oksygen, men disse må atskilles for å unngå eksplosjon. Elektronene blir overført til en platinaelektrode og via en protonpermeabel membran blir produsert hydrogen, annoksiderende katalyse som gir protoner (H+), elektroner (e-) og dioksygen (O2).
2H2O→ 4H+ + 4e- + O2
I produksjon av hydrogen (H2) i kombinasjon med Grotthus-effekt og protonhopping:
2e- + 2H+ ↔ H2
I naturen kan denne reaksjonen bli katalysert av enzymet hydrogenase.
En proton keramisk brenselscelle ved avgir elektroner ved anode som faktes til katode hvor det i reaksjon med oksygen danner vann. Protonene forflytter seg gjennom en keramisk membran som virker som elektrolytt ved 300-600oC.
Fotokatalyse med titandioksid (TiO2) i en elektrokjemisk celle er det mulig å gi elektrolyse av vann med synlig lys (Honda-Fujishima effekt (Akira Fujishima)), men er lite effektiv siden titanoksid absorberer lite sollys. Det arbeides med å utvikle fargesensitiviserte solcellepaneler med fotosensitiserende stoffer og nanopartikkel fotokatalyse.
Fotoelektrokatalyse kombinerer fotokatalyse med elektrokjemi, brukt blant annet vannrensing for å fjerne organiske forurensninger i vann. Blant annet visumutvanadat (BiVO4) som anode hvor det kan bli dannet hydroksylradikal (OH•), jfr. Haber-Weiss-reaksjoner. Fotoelektrolyse av vann i kunstig fotosyntese med iridium, ruthenium og rhenium.