表面吸附与活性位点
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想象一个繁忙的渡轮码头。开阔水面上的船没法上客；只有一艘紧紧靠上码头、被短暂固定住的船，才能让人上船，然后载着货物、被它改变后启程。固体催化剂就是那座码头，从旁边气体或液体里流过的分子就是那些船。要让反应发生，分子必须先粘到表面上——这种粘附叫做吸附——而表面上发生有用的「粘附并反应」的那些特殊地点，就是活性位点。
粘附有两个等级。物理吸附很温柔，像静电吸附——分子被微弱的力松松地吸住，很容易又掉回去。化学吸附才是催化中重要的那种：分子与表面原子形成真实的、虽是暂时的化学键，并在此过程中常常被削弱、弯折、甚至被撕裂开。一个戏剧性的例子是氢气 H2 落到金属表面上：H-H 键可以被断开，于是两个氢原子分开坐在金属上，以一种游离 H2 从来不曾有的方式被「激活」、变得活泼。活性位点并不是整个表面——它们是特定的原子，通常位于台阶、棱边、扭折或角落处，那里的原子比埋在平整面里的原子邻居更少，于是它配位不饱和、渴望成键。反应随后在表面上进行（Langmuir-Hinshelwood 图像是两个吸附物种并排相遇并反应），最后产物脱附、飘走，把位点空出来给下一批分子。一个好的催化剂把反应物结合得足够牢以激活它们，又足够松以让产物离开——这就是催化的「金发姑娘原则」，常被画成 Sabatier 火山形曲线。
这是多相催化的核心，也解释了它的许多怪脾气。因为只有特殊的表面原子才有活性，所以人们使用细分的固体和多孔载体，以最大化暴露的表面积和每克的活性位点数目。它解释了催化剂中毒：像硫或一氧化碳这样的污染物若与活性位点结合得太牢，就会永久性地堵住它们，使催化剂报废——这正是为什么含铅汽油曾经毁掉催化转化器。它也解释了表面科学为何困难：真实的催化剂表面乱糟糟的，有各种类型位点的分布，所以我们对分子催化剂喜欢用的那种干净的「每位点数字」，往往只是平均值。诚实的要点是：结合太弱什么都不反应，结合太强产物永远走不掉、或位点被毒死——诀窍在于折中。
在铂加氢催化剂上，一个 H2 分子化学吸附并裂解成两个结合在表面的氢原子；一个烯烃也吸附在附近，两个氢原子加到它上面，生成的烷烃随后脱附、飘走，把位点留得干干净净。
粘上、反应、离开：表面激活分子，随后又必须放走产物——结合得恰到好处。
并非每个表面原子都是活性位点，而且结合得越强并不越好。一个把产物抓得太紧的表面，和一个根本不结合反应物的表面一样没用——而一种死死扒着活性位点的毒物会让催化剂报废。