发展高活性、价廉和环境友好的还原CO₂催化剂是解决当前能源和环境危机、实现双碳目标的重要保障。近年来，人工合成过渡金属催化剂的研究受到了广泛关注。然而，提高催化活性/选择性，迫切需要从原子水平上精确控制催化中心的电子结构（包括价态和自旋态）。例如，由于存在复杂的多电子转移过程，水体系中的CO₂光还原系统的产物通常包含较多副产物（CO、CH₄、C₂H₄、HCOOH等混合物），同时，由于共存水还原竞争反应，常常伴有H₂生成。近年来，合成化学家虽然已经将设计合成高选择性CO₂还原的高效催化剂作为重要的合成目标，但从太阳能到燃料转化的实际应用角度来看，构建高效、高选择性催化剂将CO₂靶向转化为特定产物仍然是一个长期目标。

近日，常州大学的吴大雨教授和天津理工大学的张志明教授、中国科大的江俊教授等人合作，发展了一种简单的机械剥离策略，在格栅状晶格周围原位诱导铁催化活性中心从高自旋（HS, s = 5/2）到低自旋（LS, s = 1/2）的部分自旋交叉（图1）。由于铁中心的自旋转变，混合自旋 (MS) 纳米片层催化剂表现出19.7 mmol g⁻¹的高CO产率和91.6%的选择性（图2），远优于高自旋块材催化剂（50%的选择性）。因此，通过机械诱导自旋转变优化催化中心的自旋态，实现了设计高效仿生催化剂的新方法。

密度泛函理论（DFT）计算表明，低自旋3d轨道电子构型有效增加了O-2p和Fe-3d_xy/d_yz等成键轨道重叠（图3），从而显著促进CO2选择性吸附；然而，高自旋3d轨道是通过3dz²反键轨道与O-2p轨道发生重叠作用，大大减弱了催化剂与底物的成键相互作用，从而降低了催化活性。另外，DFT计算也表明，低自旋电子构型在降低活化势垒方面也发挥着关键作用。