การเร่งปฏิกิริยาแบบ ไม่เป็นเนื้อ เดียวกันคือการเร่งปฏิกิริยาที่เฟสของตัวเร่งปฏิกิริยาแตกต่างจากเฟสของสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์^{[ 1 ]}กระบวนการนี้ตรงกันข้ามกับการเร่งปฏิกิริยาแบบเป็นเนื้อเดียวกันซึ่งสารตั้งต้น ผลิตภัณฑ์ และตัวเร่งปฏิกิริยาอยู่ในเฟสเดียวกัน เฟสไม่เพียงแต่แยกแยะระหว่าง ส่วนประกอบที่ เป็นของแข็งของเหลวและก๊าซ เท่านั้น แต่ยังรวมถึง ส่วนผสม ที่ไม่สามารถผสมกันได้ (เช่นน้ำมันและน้ำ ) หรือที่ใดก็ตามที่มีส่วนต่อประสานอยู่ด้วย

โดยทั่วไปแล้ว การเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันจะเกี่ยวข้องกับตัวเร่งปฏิกิริยาในเฟสของแข็งและสารตั้งต้นในเฟสแก๊ส^{[ 2 ]}ในกรณีนี้ จะมีวัฏจักรของการดูดซับโมเลกุล ปฏิกิริยา และการคายตัวเกิดขึ้นที่พื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา อุณหพลศาสตร์ การถ่ายโอนมวล และการถ่ายโอนความร้อนมีอิทธิพลต่ออัตรา (จลนศาสตร์) ของปฏิกิริยา

การเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันมีความสำคัญมากเพราะช่วยให้การผลิตในปริมาณมากเร็วขึ้นและการสร้างผลิตภัณฑ์ที่เลือกได้^{[ 3 ]}ประมาณ 35% ของ GDP ของโลกได้รับอิทธิพลจากการเร่งปฏิกิริยา^{[ 4 ]}การผลิตสารเคมี 90% (ตามปริมาตร) ได้รับความช่วยเหลือจากตัวเร่งปฏิกิริยาของแข็ง^{[ 2 ]}อุตสาหกรรมเคมีและพลังงานพึ่งพาการเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันอย่างมาก ตัวอย่างเช่นกระบวนการ Haber–Boschใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำจากโลหะในการสังเคราะห์แอมโมเนียซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญในปุ๋ย โดยมีการผลิตแอมโมเนีย 144 ล้านตันในปี 2016 ^{[ 5 ]}

การดูดซับเป็นขั้นตอนสำคัญในปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกัน การดูดซับคือกระบวนการที่โมเลกุลในสถานะแก๊ส (หรือสารละลาย) (สารที่ถูกดูดซับ) จับกับอะตอมบนพื้นผิวของแข็ง (หรือของเหลว) (สารที่ถูกดูดซับ) กระบวนการตรงข้ามกับการดูดซับคือการคายการดูดซับซึ่งสารที่ถูกดูดซับจะแยกตัวออกจากสารที่ถูกดูดซับ ในปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นโดยใช้ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ตัวเร่งปฏิกิริยาคือสารที่ถูกดูดซับ และสารตั้งต้นคือสารที่ถูกดูดซับ

มีการจำแนกการดูดซับออกเป็นสองประเภท ได้แก่ การดูดซับ ทางกายภาพ (physisorption)ซึ่งเป็นการดูดซับที่ยึดเหนี่ยวกันอย่างอ่อน และ การดูดซับทางเคมี (chemisorption ) ซึ่งเป็นการดูดซับที่ยึดเหนี่ยวกันอย่างแข็งแรง กระบวนการหลายอย่างในการเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันจะอยู่ระหว่างสองขั้วนี้แบบจำลอง Lennard-Jonesให้กรอบพื้นฐานสำหรับการทำนายปฏิสัมพันธ์ระดับโมเลกุลตามฟังก์ชันของการแยกอะตอม^{[ 6 ]}

ในการดูดซับทางกายภาพ โมเลกุลจะถูกดึงดูดไปยังอะตอมของพื้นผิวผ่านแรงแวนเดอร์วาลส์ซึ่งรวมถึงปฏิกิริยาไดโพล-ไดโพล ปฏิกิริยาไดโพลเหนี่ยวนำ และแรงกระจายตัวของลอนดอน โปรดทราบว่าไม่มีพันธะเคมีเกิดขึ้นระหว่างสารดูดซับและตัวดูดซับ และสถานะอิเล็กตรอนของพวกมันยังคงไม่ถูกรบกวนมากนัก พลังงานทั่วไปสำหรับการดูดซับทางกายภาพอยู่ระหว่าง 3 ถึง 10 กิโลแคลอรี/โมล^{[ 2 ]}ในการเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกัน เมื่อโมเลกุลของสารตั้งต้นดูดซับทางกายภาพกับตัวเร่งปฏิกิริยา มักจะกล่าวได้ว่าอยู่ในสถานะสารตั้งต้น ซึ่งเป็นสถานะพลังงานระดับกลางก่อนการดูดซับทางเคมี ซึ่งเป็นการดูดซับที่ยึดติดแน่นกว่า^{[ 6 ]}จากสถานะสารตั้งต้น โมเลกุลสามารถเกิดการดูดซับทางเคมี การคายประจุ หรือการเคลื่อนย้ายข้ามพื้นผิวได้^{[ 7 ]}ลักษณะของสถานะสารตั้งต้นสามารถส่งผลต่อจลนศาสตร์ของปฏิกิริยาได้^{[ 7 ]}

เมื่อโมเลกุลเข้าใกล้กับอะตอมบนพื้นผิวมากพอจนกลุ่มอิเล็กตรอน ของพวกมัน ทับซ้อนกัน การดูดซับทางเคมีก็สามารถเกิดขึ้นได้ ในการดูดซับทางเคมี สารที่ถูกดูดซับและสารที่ถูกดูดซับจะแบ่งปันอิเล็กตรอนซึ่งบ่งบอกถึงการก่อตัวของพันธะเคมีพลังงานทั่วไปสำหรับการดูดซับทางเคมีมีช่วงตั้งแต่ 20 ถึง 100 กิโลแคลอรี/โมล^{[ 2 ]}กรณีของการดูดซับทางเคมีมีสองกรณี ได้แก่:

• การดูดซับระดับโมเลกุล: สารที่ถูกดูดซับยังคงสภาพเดิม ตัวอย่างเช่น การจับตัวของแอลคีนกับแพลทินัม
• การดูดซับแบบแตกตัว: พันธะหนึ่งหรือมากกว่านั้นแตกออกพร้อมกับการดูดซับ ในกรณีนี้ อุปสรรคต่อการแตกตัวจะมีผลต่ออัตราการดูดซับ ตัวอย่างเช่น การจับตัวของ H₂ _กับตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ ซึ่งพันธะ HH จะแตกออกเมื่อเกิดการดูดซับ

ปฏิกิริยาบนพื้นผิวโลหะส่วนใหญ่เกิดขึ้นโดยการแพร่กระจายแบบลูกโซ่ซึ่งตัวกลางเร่งปฏิกิริยาจะถูกผลิตและบริโภคเป็นวัฏจักร^{[ 8 ]}สามารถอธิบายกลไกหลักสองประการสำหรับปฏิกิริยาบนพื้นผิวได้สำหรับ A + B → C ^{[ 2 ]}

• กลไกของ Langmuir–Hinshelwood : โมเลกุลของสารตั้งต้น A และ B ต่างก็ดูดซับเข้ากับพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยา ในขณะที่ดูดซับอยู่บนพื้นผิว โมเลกุลทั้งสองจะรวมตัวกันเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ C จากนั้นจึงหลุดออกจากพื้นผิว
• กลไกของอีเลย์-ไรด์ : โมเลกุลของสารตั้งต้น A หนึ่งโมเลกุลจะดูดซับเข้ากับพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยา หากไม่มีการดูดซึม โมเลกุล B จะทำปฏิกิริยากับ A ที่ดูดซับอยู่เพื่อสร้าง C จากนั้น C จะหลุดออกจากพื้นผิว

ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันส่วนใหญ่อธิบายได้ด้วยแบบจำลอง Langmuir–Hinshelwood ^{[ 9 ]}

ในการเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกัน สารตั้งต้นจะแพร่จากเฟสของของเหลวโดยรอบไปดูดซับที่พื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา ตำแหน่งการดูดซับนั้นไม่ใช่ตำแหน่งที่เกิดปฏิกิริยาเสมอไป ดังนั้นโมเลกุลของสารตั้งต้นจะต้องเคลื่อนที่ข้ามพื้นผิวไปยังตำแหน่งที่เกิดปฏิกิริยา ที่ตำแหน่งที่เกิดปฏิกิริยา โมเลกุลของสารตั้งต้นจะทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างโมเลกุลของผลิตภัณฑ์โดยผ่านกระบวนการที่ใช้พลังงานน้อยกว่าผ่านตัวกลางเร่งปฏิกิริยา (ดูรูปด้านขวา) จากนั้นโมเลกุลของผลิตภัณฑ์จะหลุดออกจากพื้นผิวและแพร่หายไป ตัวเร่งปฏิกิริยายังคงอยู่ครบถ้วนและสามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาต่อไปได้ ปรากฏการณ์การขนส่ง เช่น การถ่ายเทความร้อนและมวล ก็มีบทบาทในอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่สังเกตได้เช่นกัน

ตัวเร่งปฏิกิริยาไม่ได้ออกฤทธิ์ต่อสารตั้งต้นทั่วทั้งพื้นผิว มีเพียงตำแหน่งเฉพาะเท่านั้นที่มีฤทธิ์เร่งปฏิกิริยา เรียกว่าตำแหน่งออกฤทธิ์พื้นที่ผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาของแข็งมีอิทธิพลอย่างมากต่อจำนวนตำแหน่งออกฤทธิ์ที่มีอยู่ ในทางปฏิบัติทางอุตสาหกรรม ตัวเร่งปฏิกิริยาของแข็งมักมีรูพรุนเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวให้สูงสุด โดยทั่วไปจะมีพื้นที่ผิว 50–400 m² ^/ g ^{[ 2 ]}ซิลิเกตมีรูพรุนขนาดกลางบางชนิดเช่น MCM-41 มีพื้นที่ผิวมากกว่า 1000 m² ^/ g ^{[ 10 ]}วัสดุที่มีรูพรุนมีต้นทุนต่ำเนื่องจากมีอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อมวลสูงและมีกิจกรรมเร่งปฏิกิริยาที่เพิ่มขึ้น

ในหลายกรณี ตัวเร่งปฏิกิริยาของแข็งจะถูกกระจายบนวัสดุรองรับเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิว (กระจายจำนวนไซต์ที่ใช้งาน) และให้ความเสถียร^{[ 2 ]}โดยทั่วไปวัสดุรองรับตัวเร่งปฏิกิริยามักเป็นวัสดุเฉื่อยที่มีจุดหลอมเหลวสูง แต่ก็อาจเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาได้เองด้วย วัสดุรองรับตัวเร่งปฏิกิริยาส่วนใหญ่มีรูพรุน (มักเป็นคาร์บอน ซิลิกา ซีโอไลต์ หรืออะลูมินา) ^{[ 4 ]}และถูกเลือกเนื่องจากมีอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อมวลสูง สำหรับปฏิกิริยาที่กำหนด วัสดุรองรับที่มีรูพรุนจะต้องถูกเลือกเพื่อให้สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์สามารถเข้าและออกจากวัสดุได้

บ่อยครั้งที่มีการเติมสารลงในสารตั้งต้นของปฏิกิริยาหรือบนตัวเร่งปฏิกิริยาโดยเจตนาเพื่อส่งผลต่อกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยา การเลือกสรร และ/หรือความเสถียร สารประกอบเหล่านี้เรียกว่าตัวส่งเสริม ตัวอย่างเช่น อลูมินา (Al ₂ O ₃ ) จะถูกเติมในระหว่างการสังเคราะห์แอมโมเนียเพื่อให้มีความเสถียรมากขึ้นโดยการชะลอการเกิดกระบวนการเผาผนึกบนตัวเร่งปฏิกิริยา Fe ^{[ 2 ]}

หลักการของ Sabatierถือเป็นหนึ่งในรากฐานสำคัญของทฤษฎีการเร่งปฏิกิริยาสมัยใหม่^{[ 11 ]}หลักการของ Sabatier ระบุว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างพื้นผิวกับสารดูดซับจะต้องมีปริมาณที่เหมาะสม ไม่มากเกินไปจนเฉื่อยต่อสารตั้งต้น และไม่มากเกินไปจนเป็นพิษต่อพื้นผิวและป้องกันการปลดปล่อยผลิตภัณฑ์^{[ 12 ]}คำกล่าวที่ว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างพื้นผิวกับสารดูดซับจะต้องเป็นค่าที่เหมาะสมนั้น เป็นคำกล่าวเชิงคุณภาพ โดยปกติแล้วจำนวนของสารดูดซับและสถานะการเปลี่ยนผ่านที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีมีจำนวนมาก ดังนั้นจึง ต้องค้นหา ค่าที่เหมาะสมในพื้นที่หลายมิติ การออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาในพื้นที่หลายมิติดังกล่าวไม่ใช่ภารกิจที่สามารถทำได้ด้วยการคำนวณ นอกจากนี้ กระบวนการเพิ่มประสิทธิภาพดังกล่าวจะห่างไกลจากสัญชาตญาณ ความสัมพันธ์แบบสเกลลิ่งถูกนำมาใช้เพื่อลดมิติของพื้นที่การออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยา^{[ 13 ]}ความสัมพันธ์ดังกล่าวเป็นความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานการยึดเกาะของสารดูดซับ (หรือระหว่างพลังงานการยึดเกาะของสารดูดซับและสถานะการเปลี่ยนผ่าน หรือที่รู้จักกันในชื่อความสัมพันธ์ BEP ) ^{[ 14 ]}ที่ "คล้ายคลึงกันมากพอ" เช่น การปรับขนาด OH เทียบกับ OOH ^{[ 15 ]}การนำความสัมพันธ์การปรับขนาดไปใช้กับปัญหาการออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาจะช่วยลดมิติของพื้นที่ลงอย่างมาก (บางครั้งอาจเหลือเพียง 1 หรือ 2) ^{[ 16 ]}นอกจากนี้ยังสามารถใช้แบบจำลองไมโครไคเนติกส์โดยอิงจากความสัมพันธ์การปรับขนาดดังกล่าวเพื่อพิจารณาจลนศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการดูดซับ ปฏิกิริยา และการคายตัวของโมเลกุลภายใต้สภาวะความดันหรืออุณหภูมิที่เฉพาะเจาะจง^{[ 17 ]}การสร้างแบบจำลองดังกล่าวจะนำไปสู่แผนภูมิภูเขาไฟที่เป็นที่รู้จักกันดี ซึ่งจุดที่เหมาะสมที่สุดที่อธิบายในเชิงคุณภาพโดยหลักการของ Sabatier จะถูกเรียกว่า "ยอดภูเขาไฟ" ความสัมพันธ์การปรับขนาดไม่เพียงแต่ใช้เพื่อเชื่อมโยงพลังงานของ กลุ่มที่ดูดซับบนพื้นผิว ที่เป็นอนุมูลอิสระ (เช่น O*,OH*) ^{[ 13 ]}แต่ยังใช้เพื่อเชื่อมโยงพลังงานของ โมเลกุล เปลือกปิดเข้าด้วยกันหรือกับอนุมูลอิสระที่ดูดซับอยู่^{[ 18 ]}ความท้าทายล่าสุดสำหรับนักวิจัยในวิทยาศาสตร์ตัวเร่งปฏิกิริยาคือการ "ทำลาย" ความสัมพันธ์การปรับขนาด^{[ 19 ]}ความสัมพันธ์ที่ปรากฏในความสัมพันธ์แบบสเกลลิ่งจำกัดพื้นที่การออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยา ป้องกันไม่ให้ไปถึง "ยอดภูเขาไฟ" การทำลายความสัมพันธ์แบบสเกลลิ่งอาจหมายถึงการออกแบบพื้นผิวหรือลวดลายที่ไม่เป็นไปตามความสัมพันธ์แบบสเกลลิ่ง หรือแบบที่เป็นไปตามความสัมพันธ์แบบสเกลลิ่งที่แตกต่างกัน (จากความสัมพันธ์ปกติสำหรับสารดูดซับที่เกี่ยวข้อง) ในทิศทางที่ถูกต้อง ซึ่งจะทำให้เราเข้าใกล้จุดสูงสุดของภูเขาไฟแห่งปฏิกิริยามากขึ้น^{[ 16 ]}นอกจากการศึกษาปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาแล้ว ความสัมพันธ์แบบสเกลลิ่งยังสามารถใช้ในการศึกษาและคัดกรองวัสดุสำหรับการเลือกสรรไปสู่ผลิตภัณฑ์พิเศษได้อีก ด้วย ^{[ 20 ]}มีการรวมกันของพลังงานการยึดเกาะพิเศษที่เอื้อต่อผลิตภัณฑ์เฉพาะมากกว่าผลิตภัณฑ์อื่นๆ บางครั้งชุดของพลังงานการยึดเกาะที่สามารถเปลี่ยนแปลงการเลือกสรรไปสู่ผลิตภัณฑ์เฉพาะจะ "ปรับขนาด" ซึ่งกันและกัน ดังนั้นเพื่อปรับปรุงการเลือกสรรจึงต้องทำลายความสัมพันธ์แบบสเกลลิ่งบางอย่าง ตัวอย่างเช่น การปรับขนาดระหว่างพลังงานการกระตุ้นออกซิเดชันของมีเทนและเมทานอลที่นำไปสู่การขาดการเลือกสรรในการแปลงมีเทนเป็นเมทานอลโดยตรง^{[ 21 ]}

การเสื่อมสภาพของตัวเร่งปฏิกิริยา หมายถึง การสูญเสียประสิทธิภาพในการเร่งปฏิกิริยาและ/หรือความเลือกสรรของปฏิกิริยาเมื่อเวลาผ่านไป

สารที่ลดอัตราการเกิดปฏิกิริยาเรียกว่าสารพิษสารพิษจะดูดซับทางเคมีบนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาและลดจำนวนไซต์ที่ใช้งานได้สำหรับโมเลกุลของสารตั้งต้นที่จะจับ^{[ 22 ]}สารพิษทั่วไป ได้แก่ ธาตุหมู่ V, VI และ VII (เช่น S, O, P, Cl) โลหะที่เป็นพิษบางชนิด (เช่น As, Pb) และสารดูดซับที่มีพันธะหลายพันธะ (เช่น CO, ไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัว) ^{[ 6 ] [ 22 ]}ตัวอย่างเช่น กำมะถันขัดขวางการผลิตเมทานอลโดยการทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยา Cu/ZnO เป็นพิษ^{[ 23 ]}สารที่เพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาเรียกว่าตัวส่งเสริมตัวอย่างเช่น การมีอยู่ของโลหะอัลคาไลในการสังเคราะห์แอมโมเนียจะเพิ่มอัตราการแตกตัว ของ N ₂ ^{[ 23 ]}

การมีอยู่ของสารพิษและตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถเปลี่ยนแปลงพลังงานกระตุ้นของขั้นตอนที่จำกัดอัตราและส่งผลต่อการเลือกสรรของตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการก่อตัวของผลิตภัณฑ์บางอย่าง ขึ้นอยู่กับปริมาณ สารนั้นอาจเป็นประโยชน์หรือไม่เป็นประโยชน์ต่อกระบวนการทางเคมี ตัวอย่างเช่น ในการผลิตเอทิลีน คลอรีนที่ดูดซับทางเคมีในปริมาณเล็กน้อยจะทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาโดยการปรับปรุงการเลือกสรรของตัวเร่งปฏิกิริยา Ag ไปสู่เอทิลีนเหนือ CO2 _ในขณะที่คลอรีนมากเกินไปจะทำหน้าที่เป็นสารพิษ^{[ 6 ]}

กลไกอื่นๆ ที่ทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาเสื่อมสภาพ ได้แก่:

• การเผาผนึก : เมื่อได้รับความร้อน อนุภาคโลหะตัวเร่งปฏิกิริยาที่กระจายตัวอยู่สามารถเคลื่อนที่ไปทั่วพื้นผิวของตัวรองรับและก่อตัวเป็นผลึก ส่งผลให้พื้นที่ผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาลดลง
• การเกิดคราบสกปรก : การสะสมของสารจากเฟสของเหลวบนเฟสของแข็งของตัวเร่งปฏิกิริยาและ/หรือพื้นผิวของตัวรองรับ ส่งผลให้เกิดการอุดตันของบริเวณที่เกิดปฏิกิริยาและ/หรือรูพรุน
• โค้กกิ้ง : การสะสมของของแข็งที่มีคาร์บอนสูงและหนักบนพื้นผิวเนื่องจากการสลายตัวของไฮโดรคาร์บอน^{[ 22 ]}
• ปฏิกิริยาไอ-ของแข็ง: การก่อตัวของชั้นผิวที่ไม่ใช้งานและ/หรือการก่อตัวของสารประกอบระเหยที่ออกจากเครื่องปฏิกรณ์^{[ 22 ]}ส่งผลให้สูญเสียพื้นที่ผิวและ/หรือวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยา
• การเปลี่ยนแปลงสถานะของแข็ง : การแพร่กระจายของอะตอมตัวรองรับตัวเร่งปฏิกิริยาไปยังพื้นผิวในสถานะของแข็ง ตามด้วยปฏิกิริยาที่ก่อให้เกิดเฟสที่ไม่ทำงาน ส่งผลให้พื้นที่ผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาลดลง
• การกัดเซาะ: การสึกหรออย่างต่อเนื่องของวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นเรื่องปกติในเครื่องปฏิกรณ์แบบฟลูอิไดซ์เบด^{[ 24 ]}ส่งผลให้สูญเสียวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยา

ในภาคอุตสาหกรรม ค่าใช้จ่ายจากการเสื่อมสภาพของตัวเร่งปฏิกิริยามีมูลค่าหลายพันล้านทุกปีเนื่องจากการหยุดกระบวนการและการเปลี่ยนตัวเร่งปฏิกิริยา^{[ 22 ]}

ในอุตสาหกรรม ตัวแปรการออกแบบหลายอย่างต้องได้รับการพิจารณา รวมถึงการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์และตัวเร่งปฏิกิริยาในหลายระดับ ตั้งแต่ระดับย่อยนาโนเมตรไปจนถึงหลายสิบเมตร เครื่องปฏิกรณ์เร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันแบบดั้งเดิม ได้แก่ เครื่องปฏิกรณ์ แบบแบทช์แบบต่อเนื่องและแบบฟลูอิไดซ์เบด ในขณะที่การตั้งค่าที่ใหม่กว่า ได้แก่ เครื่องปฏิกรณ์แบบฟิกซ์เบด ไมโครแชนเนล และมัลติฟังก์ชัน[ ^{6 ] ตัวแปร}อื่นๆ ที่ต้องพิจารณา ได้แก่ มิติของเครื่องปฏิกรณ์ พื้นที่ผิว ชนิดของตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวรองรับตัวเร่งปฏิกิริยา รวมถึงสภาวะการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ เช่น อุณหภูมิ ความดัน และความเข้มข้นของสารตั้งต้น

กระบวนการอุตสาหกรรมขนาดใหญ่บางส่วนที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาต่างชนิดกันมีดังต่อไปนี้^{[ 4 ]}

• การลดไนไตรล์ในการสังเคราะห์ฟีนิลเอทิลอะมีนด้วย ตัวเร่งปฏิกิริยา เรนีย์นิกเกิลและไฮโดรเจนในแอมโมเนีย : ^{[ 25 ]}

  

• กระบวนการแตกตัว การเปลี่ยน ไอโซเมอร์และการปรับโครงสร้างของไฮโดรคาร์บอนเพื่อสร้างส่วนผสมของน้ำมันเบนซินที่เหมาะสมและมีประโยชน์
• ในรถยนต์ตัวแปลงไอเสียแบบเร่งปฏิกิริยาใช้เพื่อเร่งปฏิกิริยาหลักสามอย่าง:
  • ปฏิกิริยาออกซิเดชันของคาร์บอนมอนอกไซด์ไปเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ :

    2CO(ก.) + O ₂ (ก.) → 2CO ₂ (ก.)

  • การลดไนโตรเจนโมโนออกไซด์กลับไปเป็นไนโตรเจน :

    2NO(g) + 2CO(g) → N ₂ (g) + 2CO ₂ (g)

  • การออกซิเดชันของไฮโดรคาร์บอนกลายเป็นน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ :

    2 C ₆ H ₆ + 15 O ₂ → 12 CO ₂ + 6 H ₂ O

• กระบวนการนี้สามารถเกิดขึ้นได้กับ สารไฮโดรคาร์บอนชนิดใดก็ได้แต่โดยทั่วไปแล้วมักใช้กับน้ำมันเบนซินหรือดีเซล
• การเร่งปฏิกิริยาแบบไม่สมมาตรที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันช่วยให้สามารถผลิตสารประกอบเอนันติโอเมอร์บริสุทธิ์ได้โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันแบบไครัล^{[ 26 ]}
• ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันส่วนใหญ่มีพื้นฐานมาจากโลหะ^{[ 27 ]}หรือโลหะออกไซด์ [ ^{28 ] อย่างไรก็ตาม}ปฏิกิริยาเคมีบางอย่างสามารถเร่งปฏิกิริยาได้ด้วยวัสดุที่มีคาร์บอนเป็นพื้นฐาน เช่นการดีไฮโดรจีเนชัน แบบออกซิเดชัน ^{[ 29 ]}หรือการออกซิเดชัน แบบเลือก ^{[ 30 ]}
  • เอทิล เบนซีน + 1/2 O₂ _→สไตรีน + _H₂O
  • อะโครลีน + 1/2 O ₂ → กรดอะคริลิก

แม้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันส่วนใหญ่จะเป็นของแข็ง แต่ก็มีรูปแบบที่แตกต่างกันเล็กน้อยซึ่งมีประโยชน์ในทางปฏิบัติ สำหรับสารละลายสองชนิดที่ไม่สามารถผสมกันได้ (ของเหลว) ชนิดหนึ่งจะมีตัวเร่งปฏิกิริยา ในขณะที่อีกชนิดหนึ่งจะมีสารตั้งต้น การจัดเตรียมนี้เป็นพื้นฐานของการเร่งปฏิกิริยาแบบสองเฟส ดังที่นำไปใช้ในการผลิตบิวทิรัลดีไฮด์ในระดับอุตสาหกรรมโดยการไฮโดรฟอร์มิเลชันของโพรพิลีน^{[ 31 ]}

• การเร่งปฏิกิริยาด้วยทองคำแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกัน
• ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้สารนาโน
• อนุภาคนาโนแพลทินัม
• การลดอุณหภูมิตามโปรแกรม
• สเปกโทรสโกปีการคายความร้อน

• สื่อที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันใน Wikimedia Commons