Nanopartikel sind Partikel im Größenbereich von 1–100 nm, die aus wenigen Atomen oder Molekülen bestehen. Sie zeichnen sich durch ihre veränderten physikalischen und chemischen Eigenschaften aus, die sich deutlich von denen makroskopischer Materialien unterscheiden. In der Katalyse werden Nanopartikel häufig aus Edelmetallen wie Platin, Palladium, Gold oder Ruthenium hergestellt und auf Trägermaterialien wie Oxiden, Kohlenstoffen oder Zeolithen verteilt.

Ein wesentlicher Vorteil von Nanopartikeln liegt in ihrem hohen Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis (A/V-Verhältnis), das mit abnehmender Partikelgröße stark zunimmt. Da heterogene katalytische Reaktionen an der Oberfläche eines Katalysators stattfinden, ermöglichen kleinere Partikel eine effizientere Nutzung teurer Edelmetalle. Dies führt zu gleichbleibender oder sogar gesteigerter katalytischer Leistung bei reduzierter Materialmenge.

Gold-Nanopartikel sind ein bekanntes Beispiel für Nanokatalysatoren. Sie finden breite Anwendung in der Katalyse von Oxidationsreaktionen, beispielsweise in der Umwandlung von Kohlenmonoxid (CO) zu Kohlendioxid (CO₂). Diese Reaktion, die insbesondere in der Abgasreinigung von Bedeutung ist, verdeutlicht die hohe Aktivität von Gold-Nanopartikeln, insbesondere bei niedrigen Temperaturen. Ein weiteres Beispiel sind Palladium-Nanopartikel, die in der Hydrierung von Kohlenwasserstoffen eingesetzt werden. Dieser Prozess für die Herstellung von biobasierten Kraftstoffen wandelt ungesättigte Kohlenwasserstoffe (z.B. Ethylen), in gesättigte Alkane (z.B. Ethan) um. Palladium-Nanopartikel überzeugen dabei durch ihre hohe Selektivität und Effizienz, was sie zu einem der wichtigsten Katalysatoren in der Petrochemie macht.