از این مواد برای تسریع واکنش‌های شیمیایی و اصلاح برخی از فرآیندهای صنعتی استفاده می‌شود. نانوکاتالیست‌ها به دو حالت کلی همگن و ناهمگن وجود دارند. نانوکاتالیست‌ها مواد مهمی در فرآیندهای شیمیایی، تولید انرژی، صرفه‌جویی در انرژی، و جلوگیری از آلودگی‌های زیست‌محیطی به شمار می‌روند. برای نمونه، تبدیل نفت خام، زغال‌سنگ، و گاز طبیعی به سوخت‌ها و تولید محصولات متنوع پتروشیمی و شیمیایی و کنترل انتشار منوکسید کربن، هیدروکربن‌ها، و منوکسید نیتروژن براساس فناوری‌های کاتالیستی انجام می‌شود.
ویژگی کلیدی نانوکاتالیست‌ها، افزایش نسبت مساحت سطح به حجم در آنها است. اجسام کوچک‌تر مساحت سطح بزرگ‌تری نسبت به حجم‌شان دارند. ک کاتالیست می‌تواند سرعت یک واکنش را به سه طریق افزایش دهد:
۱.انرژی فعا‌ل‌سازی واکنش را کاهش دهد.
۲.به‌عنوان یک تسهیل‌کننده عمل کند.
۳.زمانی‌که دو یا چند محصول تشکیل می‌شود، بازده واکنش نسبت به یک جزء را افزایش دهد.
این مواد به دو دلیل موثرتر از کاتالیست‌های معمولی هستند؛ ۱. اندازه فوق‌العاده کوچک آنها (80nm ـ10) که منجر به یک «نسبت مساحت سطح به حجم» بالا می‌شود؛ ۲. زمانی‌که ابعاد یک ماده تا مقیاس نانو کاهش می‌یابد، خواصی بروز و ظهور پیدا می‌کنند که قبلاً وجود نداشتند. مطالعات نشان می‌دهند که اندازه و فاصله بین نانوذرات، تاثیر مهمی بر فعالیت کاتالیستی و انتخاب‌پذیری این مواد دارد.
کاربردهای اصلی نانوکاتالیست‌ها
تصفیه آب
ترکیبات آلی هالوژنه (Halogenated Organic Compounds, HOCs) از مهم‌ترین آلاینده‌های آب به شمار می‌روند. این مولکول‌های آلی، به‌عنوان حلال و افزودنی، کاربردهای مهمی در صنایع گوناگون از جمله داروسازی دارند. این ترکیبات، خطرناک و سمی هستند و ممکن است موجب ایجاد مشکلاتی در سلامتی مانند سرطان شوند. بنابراین تجزیه کامل این ترکیبات از آب و پساب امری الزامی است. روش‌های معمولی تصفیه آب نمی‌توانند چنین مشکلی را حل کنند. یکی از روش‌ها برای سم‌زدایی آب از طریق تخریب انتخابی HOCs ، استفاده از نانوکاتالیست‌های پالادیم است.
تولید بیودیزل
به‌علت آلودگی‌های محیطی ناشی از سوخت‌های فسیلی و پایان‌پذیر بودن منابع آنها، نیاز به منابع جدید انرژی احساس می‌شود. بیودیزل (یا منوآلکیل استرهای اسیدهای چرب) به‌عنوان یکی از سوخت‌های تجدید‌پذیر و پاک وجود دارد. استفاده از بیودیزل باعث کاهش انتشار دی‌اکسید کربن در محیط می‌شود. روش معمول برای تولید بیودیزل، واکنش استری شدن روغن ترانس و الکل با کاتالیست‌های همگن است. از آنجایی‌که استفاده از کاتالیست‌های همگن در این فرایند نیاز به مقادیر زیادی آب دارد و با توجه به پسماندهای مایعی که پس از استفاده از این نوع کاتالیست‌ها باعث آلودگی زیست‌محیطی می‌شوند، روش جدیدی به‌نام «روش سبز» توسعه یافته و اساس آن، استفاده از کاتالیست‌های ناهمگن در فرآیندهای کاتالیزوری است. روش کاتالیست ناهمگن دارای مشکلاتی مانند مقاومت در برابر انتقال جرم و زمان‌بر بودن واکنش است. نانوکاتالیست‌ها سطح ویژه و فعالیت کاتالیستی بالایی دارند و می‌توانند مشکلات فوق را حل کنند.
پیل‌های سوختی
پیل‌های سوختی اسید فرمیک از نوع پیل‌های سوختی تبادل پروتونی هستند که در آنها اسید فرمیک به‌عنوان سوخت مستقیماً به پیل سوختی تغذیه می‌شود. به‌علت مایع بودن اسید فرمیک در دمای اتاق و نیاز نداشتن به فشار بالا و دمای پایین، ذخیره و حمل آن راحت‌تر و ایمن‌تر از ذخیره و حمل هیدروژن است. اسید فرمیک نسبت به متانول مورد استفاده در پیل‌های سوختی دو مزیت مهم دارد:
۱.اسید فرمیک از غشای پلیمری عبور نمی‌کند و بازدهی آن بیشتر از متانول است.
۲.اسید فرمیک برخلاف متانول باعث کوری نمی‌شود و در صورت نشت، سوخت ایمن‌تری به شمار می‌رود.
کنترل آلودگی هوا
منوکسید کربن، هیدروکربن‌ها، و منوکسید نیتروژن آلاینده‌های عمده هوا هستند. مبدل‌های کاتالیستی می‌توانند انتشار این آلاینده‌ها را کاهش دهند. مبدل‌های کاتالیستی فعلی از کاتالیست‌های فلزی گران‌قیمت استفاده می‌کنند و نسبت هوا به سوخت در آنها باید از یک استوکیومتری خاصی پیروی کند. به همین دلیل، تمایل زیادی به توسعه کاتالیست‌های ارزان‌قیمت و پربازده وجود دارد.
با توجه به مشکلات حال حاضر در جوامع انسانی مانند آلودگی زیست‌محیطی (آلودگی هوا، آلودگی آب)، کمبود مواد خام اولیه برای تولید محصولات، و کمبود منابع انرژی، می‌توان با استفاده از فناوری نانو، موادی با خواص فوق‌العاده برای حل معضلات یاد شده توسعه داد. نانوکاتالیست‌ها نمونه‌ای از این مواد هستند. با استفاده از فناوری نانو می‌توان به کاتالیست‌های مدرنی دست یافت که سطح ویژه بالاتری نسبت به کاتالیست‌های متداول دارند و علاوه بر مصرف کمتر فلزات گرانبها در آنها، بازده بالاتری از خود نشان می‌دهند.