催化劑是一種物質，它通過基元反應步驟的不間斷地重復循環，將反應物轉變為產物，在循環的終步驟催化劑再生為其原始狀態。更簡單地說：“催化劑是一種加速化學反應而在其過程中自身不被消耗的物質。”許多種類的物質都可用來作催化劑，如金屬、金屬氧化物、有機金屬絡合物及酶。催化技術已成為調控化學反應速率與方向的核心科學。

對催化作用本質的認識，首先是研究催化劑活性中心/活性相，即解開所謂“黑匣子”的秘密；研討其大小、形貌、組成、組成之間的相互作用同催化性能的關聯，特別是利用各種現代物理化學手段在原子、分子層次在實時、實空間的獲取基本信息加以研究。

1925年H.S.Taylor提出活性中心概念，它意味著催化作用“部位”并不是催化劑的整個表面，而是催化劑的某些特定“部位”，即活性中心/活性相。

程序升溫脫附法（Temperature Programmed Desorption，TPD）,就是把預先吸附了某種氣體分子的催化劑，在程序加熱升溫下，通過穩定流速的氣體（通常用惰性氣體，如He氣），使吸附在催化劑表面上的分子在一定溫度下脫附出來，隨著溫度升高而脫附速度增大，經過一個高值后而脫附完畢。對脫附出來的氣體，可以用熱導檢測器檢測出濃度隨溫度變化的關系，得到TPD曲線。脫附出來的堿性氣體用酸吸收，通過滴定的辦法可以求得消耗的酸量，從而得到催化劑的總酸量。也可通過化學吸附儀自動完成滴定步驟，直接獲得準確的脫附量。

TPR(Temperature-ProgrammedReduction)是在 TPD基礎上發展起來的。它可以提供負載型金屬催化劑在還原過程中，金屬氧化物彼此之間或金屬氧化物與載體之間相互作用的信息。方法和原理如下:一種純的金屬氧化物具有特定的還原溫度，可以利用此還原溫度來表征該氧化物的性質。如果氧化物中引進另一種氧化物，兩種氧化物混合在一起。如果在TPR過程中每一種氧化物保持自身還原溫度不變，則彼此沒有發生作用。

反之，如果兩種氧化發生了固相反應的相互作用，氧化物的性質發生了變化，則原來的還原溫度也要發生變化。用TPR技術可以記錄到這種變化。所以TPR是研究負載型催化劑中，金屬氧化物與金屬氧化物之間以及金屬氧化物與載體之間相互作用的有效方法。

在烴類反應中，烴被還原為碳單質沉積在催化劑表面上，這種沉積下來的碳單質被稱作積炭。由于積炭，導致催化劑活性衰減。因此研究積炭的動力學和反應機理，對于減少積炭的發生，延長催化劑壽命具有重要意義。對于單晶表面積炭機理的研究，已經提出了有關模型。但對常用的催化劑來說，由于載體的作用使金屬表面結構和積炭關系更為復雜。TPO(Temperature Programmed0xidization)是研究催化劑積炭并與反應性能關聯的一種較靈敏的方法。

固體表面酸性位一般可看作是氧化物催化劑表面的活性位。在眾多催化反應如催化裂化、異構化、聚合等反應中烴類分子與表面酸性位相互作用形成正碳離子，該正碳離子是反應的中間物種。正碳離子理論可以成功解釋烴類在酸性表面上的反應，也對酸性位的存在提供了有力證明。

為了表征固體酸催化劑的性質，需要測定表面酸性位的類型(Lewis酸，Bronsted酸)、強度和酸量。測定表面酸性的方法很多，如堿滴定法、堿性氣體吸附法、熱差法等，但這些方法都不能區分L酸和B酸部位。AMI-300IR原位紅外&程序升溫化學吸附儀用來研究固體催化劑表面酸性，它可以有效區分L酸和B酸，在該方法中，常用堿性吸附質如氨、吡啶、三甲基胺、正丁胺等來表征酸性位，其中應用比較廣泛的是吡啶和氨。