有機合成中催化劑是如何尋找的？

01-03

上次問這個問題沒有人回答的說。。

謝邀。好久沒有來答過專業的問題了。

本人從碩士開始就從事烯烴催化聚合研究，被坑了這麼多年，也算是被坑入門了吧。就我來說，對傳統的Ziegler-Natta催化劑、茂金屬催化劑、後茂金屬催化劑比較熟悉，Phillips 催化劑比較特別，對其也知道不多，暫且不講。

1953年初，Karl Ziegler像往常一樣，研究著他發明的齊聚反應，可是他的一名研究生 Erhard Holzkamp作了個大死，往常那樣的一鍋長鏈烷基鋁沒有得到，卻有一鍋丁烯溶液；本來一次失敗的實驗並不稀奇，可是Ziegler給這個失敗的實驗結果起了個名字，叫「鎳效應」。而且開始了挖坑，照著元素周期表一個個試，發現了另外一些金屬也有類似效應。而後另一名研究生Heinz Breil 在10月份搞出了大新聞，竟然做出了白色的高分子量聚乙烯粉末！我博士老闆（Natta的嫡系）每當說起這事都無比讚歎德國人的嚴謹。隨後，一名博後Heinz Martin發現了可以在室溫、常壓下催化聚合的體系，也就是第一代Ziegler催化劑 $left( C_{2} H_{5} ight) _{2}AlCl/TiCl_{4}$ 。不知為何，Ziegler實現乙烯聚合後，斷言丙烯並不能通過此法聚合，於是給義大利的Natta學派留下了廣闊的餘地。此後，出於降低酸性氯化物及過渡金屬含量的需要，大家開始研究載體。1968年Montecatini跟Mitsui幾乎同時申請了氯化鎂負載的新型催化劑，也是至今最主流的基本配方。說「基本」，是因為如今的催化劑已經非常複雜，不同種類的「內給電子體」與「外給電子體」，氯化鎂載體的製備過程中也會混入其他物質，各種酯類、醚類，簡直就是一團漿糊。我碩博兩任老闆，畢生致力於弄清催化劑的真正的活性中心的結構，至今還不能真正如願。最近聽說博士老闆打算搞個大新聞，也拭目以待。總的來說，Ziegler-Natta催化劑的發展歷程就是一個「大力出奇蹟」（dao dz 語）的過程。博士課題組兩台高通量篩選（High-Throughput Screening）裝置，每台市場售價接近1億人民幣，每天可以產生（2×8×6）個樣品。目前主要承接各大聚烯烴企業的項目。

茂金屬催化劑一般都歸功於Walter Kaminsky組於1980年的一次實驗失誤，在本該無水無氧的實驗體系中混入了微量水，發現催化活性暴增。然而，說起來，茂金屬催化劑前體本身最初由Natta等人在1957年便已經報道過，而同年Hercules公司的Berslow等人宣傳他們幾年前就做過。不過顯然普通的烷基鋁並不適合做茂金屬催化劑的助催化劑。否則也不用等到Kaminsky的「重新發現」。

在茂金屬催化劑讓大家開眼界之後，各路神仙各顯神通，Bercaw於1990年發明了CGC類型的催化劑；Brookhart（1995年）二亞胺配體的後過渡金屬催化劑；Fujita （1997年）Grubbs（1998年）Salen配體的催化劑。這些統稱後茂金屬催化劑。

聚烯烴催化劑的結構從此基本就是這些類別的組合修飾罷了。這些年有一些新的配體出現，不過似乎並沒有引起大家的太多興趣。

對於分子型的催化劑（茂金屬及後茂金屬）來說，還算有一些理論可以採納，但是基本僅限於立體化學控制這樣的範疇。至今還無法準確預測催化劑活性這樣的基本參數。事實上目前對催化劑活性中心的結構還不清晰，無法建立完整的模型，也就無法進行準確的分子模擬。這也一直是博士老闆一直在追求的目標，也是我博士課題有所貢獻的部分。他最近十年一直掛在嘴邊的詞就是「white box」與「black box」，認為「black box」是得出催化體系的經驗方程組，是當務之急；「white box」是建立完備的基本理論體系，是終極目標。

總的來說，我的看法是，尋找催化劑很多情況下就是一種勞動密集型、資本密集型工作，在「科學」未建立起來的情況下，這更多的是「工藝」問題。同樣的原理適用於很多學科，包括材料科學。去年聽過UCSB一位做高溫合金的大牛做報告，具體細節並不完全明白，但是可以看出來，他們在做的其實就是我博士老闆在做的同一類工作。從這個角度出發，可以比較容易理解為什麼後發工業化國家，諸如中國，很難在傳統領域超越先發國家。工作量、資本，是先發國家的優勢。

大力出奇蹟

比如說我們要做一個Suzuki交叉偶聯，產率很低。。怎麼辦呢?

我們手裡大概有20種催化劑前體，100種配體，20種不同的鹼，20種不同的溶劑的....

這個時候該怎麼辦呢？開20*100*20*20個反應把每種排列組合都試過了即可。。。

這個問題其實很難回答全面，因為研究不同方向的對催化劑的篩選是不同的。

例如做全合成的，就很少會專註於開發新的催化劑，往往用現成的較為成熟的合成方法中使用過的催化劑，即便發展，也往往僅針對關鍵步驟。

而對於一些發展新反應的課題組，他們往往只注重反應本身的新穎性或者重要性，更看重反應的機理或結果，因此往往篩選大量的催化劑和配體，尋找合適的條件，而不開發新的催化劑。這類課題組灌水的話也往往就是通過換一類型催化劑來催化同一反應，例如鈀催化完Ni催化。

還有些課題組則注重實用性，這一類課題組是我非常崇拜的。例如很有代表性的是 Buchwald課題組和G C Fu課題組。Buchwald課題組就先後發展了大位阻的bulky膦配體還有好幾代的precatalyst，大大提高了偶聯反應的實用性。其次他們還對催化劑前體以及配體的作用機理進行了很多細緻的研究，例如大位阻配體中鈀中心朝向，還有二價鈀轉變為一價鈀過程中水的作用等。而G C Fu還是最早利用硼雜苯環做配體的課題組，而他更輝煌的工作時利用配體和催化劑的結合將Suzuki等偶聯反應推向了更實用的階段。

還有一些課題組則是自己發展了一類型催化劑，而希望將此催化劑不斷推廣，從而利用催化劑來篩反應，看看哪些已知反應是用他的這種催化劑也可以做的。這一類在早期往往較為有意思，後期就略有點無恥了。

還有一類課題組則是專心於一類反應，而開發了適合這一類反應的催化劑。例如對金屬卡賓不對稱插入反應，M. P. Doyle和H. Davis的雙銠試劑。包括Jinquan Yu開發的手性氨基酸做C-H活化配體也非常牛逼，但這幾年他這麼灌水，實在讓人羨慕嫉妒恨。

沒別的，就是試

所以我棄坑搞理論了……

謝邀

並不是做有機的，是做催化的，見過的用催化劑分好幾種情況：

1.已知的反應類型和已知的催化劑種類：這種算是最常見也最成熟的，選擇已知的催化劑種類，進行篩選嘗試，改良催化劑就通常可以實現了。這種比較省時省力，「有機合成」最常見的也是這種

2.已知的催化劑催化特點：考慮催化劑催化特點去擴散開來篩選類似反應，比如某催化劑能催化脫氫，就把類似的脫氫反應拿去嘗試，看效果。這種更常見於偏工業的催化劑擴展類型的研究

3.新的催化劑：有一個看上去很適合作催化劑的新材料或者新化合物，類比具有類似結構的催化體系或者對新的結構進行猜測模擬，尋找催化體系。這種主要是搞新材料合成或者新化合物合成的人用的比較多，科研部分往往更關注材料的合成，催化反應是次要的，但是會為前兩種情況提供很多選擇

4.新的反應類型：常見的方法就是忙篩了，可能會參考文獻，但是需要試，耗時耗錢，不過能發現好的催化劑真的很具有開拓性

5.雙向都不清楚的測試：基本靠撞大運和細心觀測

6.現在也有一些新的方法，比如我做的這類就是參考已知的體系設計催化劑或者催化反應，用計算機模擬來驗證反應是否具有催化可能性（熱力學動力學等等），然後實驗方面再以此為依據跟進。適用於3.4.兩種情況，能夠減少忙試的次數提供一個可能性較大的方向。目前看到的這種方法的還比較少，可能是我們做計算的太理想化了，成功率一般般。不過反向驗證催化機理倒是符合的不錯。

當然了催化劑選擇其實有很多技巧了，首先就是大量的文獻積累。另外像有機合成領域很多都有自己的小trick這個不是專精的部分不敢亂說。自己在做實驗的階段曾經做過從催化劑找反應和從反應找催化劑的事情，主要就是大量篩。做計算么~呵呵主要靠看文獻和腦洞了。

很多方法，因為領域很多所以你這個問題很難回答，就我了解的簡單說說吧。

首先現在最普遍的方法，換配體。

過渡金屬催化由於在10年獲得過一次諾貝爾獎一直非常熱門，而關於過渡金屬催化的有機反應也層出不窮，但是同樣是鈀，用PPh3做配體不能做的反應可能用氯化鈀就可以直接反應（我瞎說的，我也不知道能不能反應），這是一個最普通的方法，我想要進行這個反應，我通過猜測機理上來說鈀可以催化，但是效果不好，那麼更換配體是一個基本方法。

更激進一點，換金屬。

這個不多說，雖然過渡金屬催化的反應有很多相似的地方，特別是銠和鈀有的很像，但是有的反應用鈀就是做不出來，就得用銠做。

是不是還想再激進一點？

可以，嘗試雙金屬催化劑協同催化，這個比較高端我也不太懂到底為什麼兩個金屬就會好很多，你要是感興趣可以去查一下sonogashira偶聯反應，如果你看明白了可以順便給我講講，然後看看為什麼這個反應沒得諾貝爾獎。

還想再激進一點嗎？有點過分了啊！

這就需要一點運氣了，就比如在早期，格氏試劑發現的那段時期，人們普遍認為過渡金屬在有機化學中沒有什麼卵用，過渡金屬一般都像格氏試劑一樣做成金屬試劑來使用，並沒有發現它的催化效果，等到後面人們才一點點發現過渡金屬在催化有機反應的方面還是好牛逼的。

還能不能再激進一點？小夥子想的有點多啊！

事實上最不（腦）可（洞）思（大）議（開）的方法就是跨領域來「亂試」，當然並不是真的亂試，而是在一定的理論基礎之上，比如當年發現釕的多聯吡啶配合物在可見光下發生激發，之後就有人想能不能用這個來做一個光氧化還原反應，之後再2008年有三個科學家同時把可見光誘導催化有機合成抄的特別火。

還能不能來得更猛烈一些呢？

唉……說一個我認為腦洞最大的吧

也是一個可見光催化的有機化學反應，我實在是想不通這個哥們到底是怎麼想的用這個東西來做催化劑……是個棒子，我也不懂他們的世界啊，難道是想宣告這個分子是他們的？當時也沒仔細看，這個反應做的很多，反應也不是很困難。

文獻出處：Org. Lett.,2012, 14,5502–5505沒有更給力的了……鞠躬

本人是小碩，老師是做氫化的院士。然而並沒有啥卵用。——哥割——主要說金屬催化劑。（1）如果在某一領域已經有所建樹，那好辦，直接用自己的體系篩選底物即可。把金屬，配體，稍作改變，然後就是溶劑，鹼，添加劑，溫度，各種篩選（請原諒我用「篩選」這個詞，我們老師不喜歡！）。（2）如果你在某一領悟沒有啥建樹，是剛開始接觸這一領域，那就得好好總結這一領域其他專家以往的工作，然後用更有優勢的金屬。比如別人用銠，你用鎳，那就是很好的改進，當然用更便宜的鐵更好了。如果不能找到便宜的金屬，能更改新的催化體系，也是挺好（3）如果你想開闢一個新的領域，我估計你不會在這裡問了。這方面我也不是十分了解。不敢妄言。

PS:其實每種金屬能跟什麼類型的配體搭配，現在已經探索的的足夠多了，所以，即使是帥選，也是有方法的。有人說做正交實驗，我個人感覺很有效，但是工作量較大。

手機碼字，所以有許多不許請見諒，，

孩子，記住一句話，chem is try

謝邀，已經過了很長時間了，想起來了隨便說點。

首先，背景介紹

國內的在讀博士生一名，學校和課題組不說了，大方向是納米材料與催化，本人的主要小方向是碳基納米材料在電催化領域的理論與分子模擬研究。全課題組上下30人左右，按照目前普遍的大分類情況，氣固相催化、液固相催化、電催化、光催化等常見領域都有人去做。我沒有paper可以秀，說服力可能不強，以下內容是我針對題主問題的個人見解。

第二，分子模擬

目前課題組裡只有我一個人干這活兒，以前的大部分時間都是在用計算輔助其他人的實驗結論，而後兼顧自己的課題，現在也基本上是這個節奏。說起分子模擬，讀博士之前也沒關注過科研圈兒，所以幾年前的發展情況不敢隨便評價。就最近幾年的文獻查閱和新聞報道來說，最常見的大類，比如量子化學從頭算（QC或ab initio）、第一性原理（First principles）、密度泛函理論（DFT）、分子動力學（MD）、蒙特卡洛（MC）等，以及這些門派的細節分支和交叉，比如耦合簇理論（CC）、多參考組態作用（MRCI）、緊束縛密度泛函（DFTB）、反應力場動力學（ReaxFF）、量子力學/分子力學雜化（QM/MM）等，這些都可以廣義地包含在分子模擬的範疇里。當然，這些都只是方法論，是發展到目前來說比較流行的一些計算手段和工具。

基本方法建立起來了，軟體也有別人開發好了，硬體我們買一套像樣的計算機或者租用高性能計算集群，萬事俱備，幹什麼？我拿來研究催化。

第三，如何尋找催化劑

就題主的問題「有機合成中催化劑是如何尋找的」，回答可以小到一個字「試！」，也可以大到幾篇Chemical Reviews級別的綜述。這還真不好面面俱到來講。我就從一個博士生的角度，結合催化和分子模擬簡單說說感悟。

1 先做一個結果導向的概述。催化劑可以加快（或減慢）反應速度，自身性質不發生變化。細化一下，如果一個反應體系里存在多個競爭反應，但只想要其中某一特定產物，那麼合適的催化劑就可以專門去提高那個產物的選擇性。以上是宏觀的。根據催化動力學相關課程講解，到了介觀領域（微米-納米尺度），催化過程按順序歷經五大步：擴散、吸附、反應、脫附、擴散。這其中有一個最慢的步驟，所謂的速率控制步驟（rate determining step, RDS），而多數實際情況中，本徵反應過程就是RDS。再往下走，來到微觀領域（納米-皮米尺度），看見了原子和電子，本徵反應的過程也得到進一步細化。而到了這一步，也正是目前理論研究的最多的尺度範圍，近年文獻搜索時隨處可見DFT、ab initio的身影。

2 那麼分子模擬是如何和催化過程聯繫的？催化領域在宏觀上的，有很多特有的定義和概念，比如催化材料表徵相關的振動頻率、元素價態、配位數、元素比例、晶型、光吸收位置等等等等，也有催化反應相關的反應條件、產物選擇性、TON/TOF、過電位、光電流、量子產率等等等等。總的來說，做表徵和測試，可以建立構效關聯，從而為更加優異的催化劑設計提出指導方向。以上是宏觀的。到了分子模擬的研究尺度里，以上很多概念便簡併成了某一種統一的概念。從最基本的定態Schrodinger方程中可以看出來，無論是催化劑晶體還是分子、原子、離子、自由基，都只剩下了坐標、波函數、能量三個概念，而time-dependent時，再多加一個時間量。這三四個物理量之間可以發生一些數學作用和變化，得到一系列分子模擬領域的圖譜和數據，進而再去找到它們所對應的催化領域概念，如此就把分子模擬和催化過程聯繫起來了。

3 研究思路。催化過程的基本定義是從動力學角度出發的——降低某反應的活化能。而活化能是經分子動理論、碰撞理論、過渡態理論及Arrhenius補充理論發展下來之後濃縮得到的重要概念之一。與之對應的、分子模擬能做的，就是分解總反應，確定基元反應，掃描基元反應過程體系勢能的變化，得到一種常見的勢能面（potential energy surface, PES）圖譜，從中即可確定該反應的能壘(energy barrier)。當然，能壘很像活化能的概念但不等價於活化能，活化能或活化自由能是經零點振動能和溫度修正後的能壘。最簡單地，從PES圖中可以得到幾個信息：所研究的催化劑是否使反應能壘降低到預期水平；所研究的催化劑是否使不需要的競爭反應得到抑制。如此，通過改變催化劑的微觀結構，得到不同的PES曲線，從而建立構效關聯，從而為更加優異的催化劑設計提出指導方向。到這裡又有一個問題產生，怎麼才能知道催化劑結構該如何變化才能使反應能壘降低？如果沒有一個結構指導方向，那其實和實驗上的「試」沒有區別。個人覺得有兩種策略。(a) 經驗和嗅覺。不得不說這種策略好像很「耍賴」，但確實可以提升效率。我不是專業做有機合成的，就粗糙地舉個例子，一說到加氫反應，第一反應就是Pd系和Ni系催化劑；一說到水解反應，第一反應就是酸鹼系催化劑。但經驗總結如果是符合規律的，那其中必有暗藏的科學根據，這也就是第二點策略，(b) 分析電子行為。自然科學發展到今天，量子力學是擁有最終解釋權的。本來電子行為是凝聚態物理中所佔篇幅比較大的課題，也有很多相關的理論和模型被提出，比如能級/帶理論。而能級/帶是帶有物理味道的工具，化學這邊兒更喜歡有化學味兒的電子軌道理論。在有機反應中，通常都會涉及電子的轉移過程，而勢能面PES的變化，均可以被電子的行為所揭示。無論怎樣，用電子行為去關聯宏觀催化性質，其實比較困難，受限於多電子相互作用過於複雜，而催化過程所對應的晶體-溶劑-分子模型又比較龐大（至少在目前階段對於量子化學研究來說），因此這是一項效率很低的任務。儘管現在有線性標度的CCSD級別計算，但是對於上百原子的催化過程描述，主流還只是DFT。

最後，題外話

我自己是做電催化電極反應的，我們常用的是Pt系催化劑，儘管它性能相對是特別好的，但缺點也特別多，穩定性差又貴又容易中毒。而碳系催化劑性能很差，但穩定廉價不中毒。很多研究者都在找替代品，也包括我們課題組。我曾經單純的想，計算個Pt的電子結構，再計算個C的電子結構，再去設計其他材料，不斷地計算新材料的電子結構，只要介於Pt和C之間，就贏了。

後來我放棄了。

瀉藥。。。

第一次被邀，覺得@什麼也不知道知道的太多了，同是催化方向，同不做有機，他的答案已經比較全面了。。。我再落地一下好了。

當我們拿到一個化學反應需要催化劑，我們一般採取這幾個步驟來進行：

1，首先查文獻，看看文獻里有沒有完全相同的反應，有沒有成熟的的催化體系，如果有那就照搬好了。

2，如果沒有完全相同的反應，那我們需要判斷這個反應的類型，是酯化？酯交換？氧化？加氫？重排？縮合？判斷好了反應類型，如果你不確定反應的機理，那就查文獻吧，找來所有能催化這類反應的催化劑勇敢的嘗試吧。。。Chem is try！

3，如果你確定反應機理，那就可以根據催化劑在這個反應中起到的作用來設計挑選催化劑了（設計催化劑應該是我們這幫做催化的人應該做的，步驟各不相同）。

4，當你的催化劑效果不好時，還是找個做催化計算的大神幫你算一下吧，他會告訴你你的反應阻礙在哪裡，然後優化催化劑就好了。如果到了這一步，而且你的反應很有意義（就是牛逼能吹的響），催化劑又比較新穎那麼，影響因子兩位數應該不是夢吧？

具體問題具體對待，化學沒有通式，催化劑的改進也沒有盡頭。

謝邀，雖然我是個賣金屬催化劑的，但是這個問題問的太寬泛，真不好回答。

說簡單點吧，一般我會問客戶做什麼反應，官能團的變化，考慮容易發生的其他反應，反應的溫度、壓力，溶劑，再與我的產品能催化的反應進行類比，看看那個產品能夠實現官能團的變化，再進一步的確定，最後發樣品做試驗，看收率、反應時間，雜質等，再根據具體的試驗結果再進行調整，再試驗。

大概就是這樣子的。

老闆有次說，清華有個課題組，拿著元素周期表試催化劑。媽的，有錢真是任性。

chem is try

抱歉這個問題晾了這麼久才來答。

我本身也不是做有機合成的，而是做環境催化，凈化空氣的。不過也屬於催化領域，道理還是相通的。我談談自己的想法，學藝不精，權當拋磚引玉好了。

化學要大膽嘗試，多做實驗，chemistry 拆開就是 chem is try @Q Qratosone，不要過分信任現有的規律。就像大家都在說的，化學還是一門實驗學科），前人通過大量的實驗總結出一些一般規律，但是實驗學科的奇妙之處就在於一切規律都不是絕對的。定論也不一定不能被打破，反例總是伴隨著規律而生。另外，搞科研的人往往容易被經驗所欺騙。例如幾十年前，大家都認為金是一種非常穩定的元素，是化學惰性最高的金屬，化學惰性加上難以分散，不會具有催化活性。直到八十年代後期，日本科學家Haruta.M 發現，將金負載在過渡金屬氧化物上，不僅對於催化CO低溫氧化具有很好的催化活性，而且抗水性，穩定性和溫度增強效應都大大超過了同行的預期，打破了人們認為金沒有催化活性的傳統觀念，也開創了金催化的黃金時代。這樣的例子有很多，每一種新型催化體系的誕生，基本都會找到類似的傳奇故事。一句話，自己通過實驗證實的，才是最可靠的。

實驗思路要清晰，做一個或者一組實驗都要目標明確，有個預期的結果。否則這一組數據很有可能只是無效的數據。有機合成催化方面我知道的非常有限，還是舉無機催化劑的例子吧。甲醛的催化氧化受很多因素的影響，比如催化劑的比表面積，催化劑的表面酸含量和酸分布，催化劑各個組分之間的相互作用等等。就拿鹼金屬改性的Pt/TiO2催化劑來說，僅僅鹼金屬離子的不同可能會引起多種物理化學性質的改變：鹼性，表面羥基的數量等等。那麼在製備催化劑、表徵催化劑時，要綜合考慮這些因素。

盲試一定量的催化體系之後，有了一定的經驗積累，就可以對催化劑進行設計了。我關注較多的多相催化與你所關注的均相催化可能在這一步區別較大。多相催化里，反應物在催化劑表面的吸附是很重要的步驟，只有吸附的分子能參與反應，是催化反應進行的動力。所以在設計催化體系的時候，我主要考慮催化劑的表面酸鹼性，酸性越強，對於某些反應物分子的吸附越有利。但是也要考慮到產物的吸附性能，產物的吸附如果太強，那無法從催化劑表面脫附出來，這樣就會形成催化劑中毒。所以在催化劑設計時，應使得吸附性能適中，這也暗合咱們中國古人所說的中庸之道。

另外，學科之間的交叉也給催化領域帶來了新的研究手段。計算機模擬（理論計算）可以給催化劑的設計帶來更直接、更快捷的途徑。有了一個靈感之後，可以將所嚮往的催化劑體系放到計算機程序中模擬一遍，或許能夠在製備出來之前，得到心儀的催化劑的一些物理化學性質，如電子云密度，活性組分與載體的相互作用，反應物的吸附活化能，催化反應可能遵循的進程等等。值得注意的是，理論計算與模擬一般是基於理想狀態下的原子、原子團且有種種限定條件，而實際的反應體系一般很複雜，跳出限定條件的情況並不少見，並不在控制範圍之內。舉一個活生生的例子，我老闆與理論計算那邊的老師討論得知某一硫化物對於CO的氧化有很好的催化活性，於是讓我一師兄做這個體系，然而做了很長時間都沒有得到預期的效果，現在在臨近畢業的時候在考慮換課題的事。

大量閱讀文獻，總結文獻肯定是必要的。不必多說。

總之，既然選擇了化學，就要做好大量實驗，大量失敗的準備。催化劑不會主動來找你，你要上下求索去找它。

謝邀。本人因為正在做挑戰杯項目。發明了一種氧化脫硫的催化劑。要是說有機合成中的啊。實際上在很多很多年以前，科學家都是嘗試出來的，但這種實驗並不是盲目的，需要考察反應物和生成物的性質。這就要涉及到化學動力學和熱力學的問題。催化的本質多是催化劑與反應物能夠生成更利於反應的物質。本人發明的催化劑就是雙氧水與鐵能夠形成氧化性更強的fetion試劑。而且現在的催化劑發明者都是在前人的基礎上研究的。多是改進結構，或者一些製備方法。催化在不斷地進步，所以新的催化劑就誕生了。

文獻！文獻！！

謝邀~~剛看到這個問題，我是做環境催化的，基於我的情況肯定是站在前人的肩膀上，從已有的催化劑出發，以期進行微小的改進，推動人類科學進步的車輪微微一毫米，順帶取得博士學位就萬幸了，至於那些從無到有的過程，應該也是從量變的積累慢慢達到質變的，所以可能還是需要在前人的基礎上不斷摸索，說不定就探索到一顆大蘿蔔呢~~~

只是無聊，才來回答。。。貌似催化劑大多是什麼提供一個界面，然後反應容易了，所以金屬多一點

我主要做的是無機催化，所以對這個問題的解答可能不是很貼切，但是正如樓上的回答，催化劑的研究和使用往往是互通的，我覺得提問者可以先看看重要的催化圖書或者綜述，確定大致的催化劑種類後再查查現在前言的研究文獻，最終按照自己的定位要求，按照文獻中的製備方法，嘗試合成出來，再對其各項性能進行測試分析，當然諮詢專業的研究人員也是一種高效直接的方式

先分一下大類，是氧化還是還原，搜一下文獻，看看類似用途的催化劑。拿樣品來適用，然後就需要你自己想辦法在這個基礎上進行改進。

是對載體改進呢還是對活性中心改進呢，還是改進助催化劑劑呢......，就要看情況了