Historia
Uttrycket katalys (från grekiskans kata-, ”ner”, och lyein, ”lösa”) användes för första gången av den store svenske kemisten Jöns Jacob Berzelius 1835 för att korrelera en grupp observationer som gjorts av andra kemister i slutet av 1700-talet och början av 1800-talet. Dessa omfattade den ökade omvandlingen av stärkelse till socker genom syror som först observerades av Gottlieb Sigismund Constantin Kirchhoff, Sir Humphry Davys observationer om att platina påskyndar förbränningen av en rad olika gaser, upptäckten av väteperoxidens stabilitet i sur lösning men dess nedbrytning i närvaro av alkali och sådana metaller som mangan, silver, platina och guld, samt observationen att oxidationen av alkohol till ättiksyra sker i närvaro av finfördelad platina. De medel som främjar dessa olika reaktioner kallades katalysatorer, och Berzelius postulerade en speciell okänd katalytisk kraft som verkar i sådana processer.
1834 hade den engelske vetenskapsmannen Michael Faraday undersökt kraften hos en platinaplatta för att åstadkomma rekombination av gasformigt väte och syre (produkterna av vattens elektrolys) och fördröjningen av denna rekombination genom närvaron av andra gaser, som t.ex. etylen och kolmonoxid. Faraday hävdade att en perfekt ren metallisk yta (där de fördröjande gaserna skulle kunna konkurrera med de reagerande gaserna och på så sätt undertrycka aktiviteten) var avgörande för aktiviteten, ett begrepp som senare skulle visa sig vara generellt viktigt inom katalysen.
Många av de primitiva tekniska konsterna innefattade omedvetna tillämpningar av katalysen. Jäsning av vin till ättiksyra och tillverkning av tvål av fetter och alkalier var välkända i människans tidiga historia. Svavelsyra som framställdes genom eldning av blandningar av svavel och nitre (natriumnitrat) var en tidig föregångare till blykammarprocessen för framställning av svavelsyra, där oxidationen av svaveldioxid påskyndades genom tillsats av kväveoxider. (En mekanism för den sistnämnda processen föreslogs av Sir Humphry Davy 1812 på grundval av experiment som utförts av andra.)
Under 1850 utvecklades begreppet reaktionshastighet under studier av hydrolys, eller inversion, av rörsocker. Begreppet inversion avser den rotationsförändring som monokromatiskt ljus genomgår när det passerar genom reaktionssystemet, en parameter som är lätt att mäta och som därmed underlättar studier av reaktionen. Man fann att inverteringshastigheten vid varje tidpunkt var proportionell mot den mängd rörsocker som genomgick omvandling och att hastigheten påskyndades av närvaron av syror. (Senare visade det sig att inverteringshastigheten var direkt proportionell mot syrans styrka). Detta arbete var delvis en föregångare till senare studier av reaktionshastighet och det accelererande inflytandet av högre temperatur på denna hastighet av J.H. van ’t Hoff, Svante Arrhenius och Wilhelm Ostwald, som alla spelade ledande roller i den framväxande vetenskapen om fysikalisk kemi. Ostwalds arbete med reaktionshastigheter ledde till att han på 1890-talet definierade katalysatorer som ämnen som ändrar hastigheten i en viss kemisk reaktion utan att ändra reaktionens energifaktorer.
Detta uttalande av Ostwald var ett minnesvärt framsteg eftersom det innebar att katalysatorer inte ändrar jämviktsläget i en reaktion. År 1877 hade Georges Lemoine visat att nedbrytningen av myrsyra till väte och jod nådde samma jämviktspunkt vid 350 °C (660 °F), 19 procent, oavsett om reaktionen utfördes snabbt i närvaro av platinasvamp eller långsamt i gasfas. Denna observation har en viktig konsekvens: en katalysator för den framåtriktade processen i en reaktion är också en katalysator för den omvända reaktionen. P.E.M. Berthelot, den framstående franske kemisten, bekräftade denna observation 1879 med flytande system, när han fann att reaktionen mellan organiska syror och alkoholer, kallad förestring, katalyseras av närvaron av små mängder av en stark oorganisk syra, precis som den omvända processen, hydrolys av estrar (reaktionen mellan en ester och vatten).
Den avsiktliga tillämpningen av katalysatorer i industriella processer påbörjades på 1800-talet. P. Phillips, en engelsk kemist, patenterade användningen av platina för att oxidera svaveldioxid till svaveltrioxid med luft. Hans process användes under en tid men övergavs på grund av att platinkatalysatorn förlorade sin aktivitet. Gifter i reaktanterna visade sig senare vara orsaken, och processen blev en teknisk framgång vid sekelskiftet 1900. År 1871 utvecklades en industriell process för oxidation av saltsyra till klor i närvaro av kopparsalter som impregnerats i lertegel. Det erhållna kloret användes vid tillverkning av blekpulver (ett torrt ämne som avger klor vid behandling med syra) genom reaktion med kalk. Även vid denna reaktion observerades att samma jämvikt uppnåddes i båda riktningarna. Dessutom fann man att ju lägre temperatur desto större är jämviktshalten av klor; en arbetstemperatur på 450 °C (840 °F) gav den största mängden klor på en lämplig tid.
Till slutet av 1800-talet genomfördes den framstående franske kemisten Paul Sabatiers klassiska studier av vätets växelverkan med en mängd olika organiska föreningar med hjälp av olika metallkatalysatorer; denna forskning ledde till utvecklingen av ett tyskt patent för hydrering av flytande omättade fetter till fasta mättade fetter med nickelkatalysatorer. Utvecklingen av tre viktiga tyska katalytiska processer hade stor inverkan på industrin i slutet av 1800-talet och under de första decennierna av 1900-talet. Den ena var den så kallade kontaktprocessen för att katalytiskt framställa svavelsyra från den svaveldioxid som produceras vid smältning. En annan var den katalytiska metoden för syntetisk framställning av det värdefulla färgämnet indigo. Den tredje var den katalytiska kombinationen av kväve och väte för framställning av ammoniak – Haber-Bosch-processen för kvävefixering – som utvecklades av kemisterna Fritz Haber och Carl Bosch.