催化是研究化学反应的能垒和速率受到其他物质影响的学科。通常在异相催化过程中，催化底物（反应物）是在催化剂的表面上发生反应的，这其中涉及了一系列吸附、输运、化学反应、脱附等过程。催化研究通常包含以下的内容：
- 催化剂的结构，尤其是表面结构；
- 底物在催化剂表面的物理吸附、化学吸附以及扩散过程；
- 催化剂、底物和吸附结构的谱学表征；
- 催化剂的活性和选择性的评估，这主要涉及反应机理的可靠验证。
吸附的热力学和动力学
- 催化剂的结构，尤其是表面结构
- 底物在催化剂表面的物理吸附、化学吸附以及扩散过程（铂表面原子的扩散-akMC方法、铂表面原子的扩散-NEB方法、人工智能：PES Exploration自动探索模拟-表面吸附位点探索）
- 通过分子动力学、蒙特卡洛方法在化学反应时间和空间尺度范围内研究扩散和结构变化
- 吸附等温线
谱学表征
- 催化剂、底物和吸附结构的谱学模拟，并与实验进行对照，更好的进行结构解析
- 模拟分子、块体、吸附结构等的紫外可见光谱、红外光谱、拉曼光谱、核磁共振谱等（参考资料）
反应机理研究和速率估算
- 搜索可能的反应路径，观察、研究反应过程（QATK案例教程、AMS案例教程1、AMS案例教程2）
- 反应速率研究工具，可以根据势垒直接估算反应速率
- 使用基于力场的分子动力学，探索未知反应
- 自动化智能预测化学反应网络
催化剂活性评估
- 反应机理可靠性验证
- 催化剂的活性和选择性的评估
特殊催化体系（案例）
- 电催化。使用独特的模型可以在电场存在的情况下研究金属电极表面的反应机理，预测催化活性（案例）
- 光催化：
- 研究表面能级和催化底物能级之间的排列，以及它们之间的电荷转移可能性，探索光催化机理（案例）
- 通过 TDDFT 或高精度 GW 计算指认跃迁，关联分子结构及其光响应特性，判断光生电荷能否有效分离（空穴和电子的空间分离）
- 通过激发态稳定性（单/三重态寿命）辅助评估光催化速率与量子产率
- 模拟异质结（如 Z 型异质结、金属/半导体肖特基结）或缺陷界面处的能带对齐，预测内建电场对电荷分离的影响，优化空间电荷分离
相关材料数据库
- 访问在线的结构数据库（参考资料）
- 定制化构建自有的催化剂和催化活性数据库