酵母-TiO2界面复合物实现了在可见光下通过配体到金属的电荷转移驱动光催化反应

《Applied Surface Science Advances》：Yeast-TiO2 interfacial complexation enabling ligand-to-metal charge transfer-driven photocatalysis under visible light

　　李秀荣 | 申惠英 | 林正勋
韩国首尔崇信女子大学材料科学与工程系，邮编01133

**摘要**
尽管酵母常被用作基于TiO2的光催化中的目标污染物或结构生物模板，但其作为配体到金属电荷转移（LMCT）敏化剂的应用仍基本未被探索。在本研究中，我们证明了将酵母与TiO2结合可以形成一种表面复合物，该复合物能够在可见光（λ > 420 nm）照射下实现高效的光催化作用。光谱分析证实了酵母与TiO2之间的界面结合，导致吸收边红移，并增强了可见光区域的光响应。光电化学测量表明，酵母-TiO2复合物在可见光激发下促进了高效的界面电子转移，且电荷转移阻力较低。酵母-TiO2复合物对Cr(VI)还原为Cr(III)表现出高活性，而氟化TiO2表面则通过阻止复合物的形成抑制了这一过程。80°C的热处理也降低了光催化活性，这与酵母降解及LMCT功能丧失一致。系统地改变关键参数（包括酵母负载量、照射波长和反应pH值）揭示了它们对光催化性能的重要影响。多次Cr(VI)还原测试表明，酵母-TiO2复合物在可见光下的活性损失是由于反应副产物的表面污染，而非酵母降解；每个循环后补充酵母可以恢复LMCT介导的光催化作用。这项工作首次证明了酵母作为LMCT敏化剂的可能性，为设计可见光活性的光催化系统提供了一种新的生物衍生策略。

**1. 引言**
二氧化钛（TiO2）由于其化学稳定性、低成本以及在紫外光照射下的强氧化能力，成为最广泛研究的半导体光催化剂之一[[1], [2], [3]]。然而，其宽禁带（锐钛矿型约为3.2 eV）将光吸收限制在紫外区域，仅占太阳光谱的约5%，从而限制了其在太阳能驱动的光催化过程中的应用[4,5]。为了克服这一限制并在可见光下激活TiO2，人们开发了多种表面改性策略，包括金属或非金属掺杂[[6], [7], [8]]、异质结工程[[9,10]]、表面敏化[[11], [12], [13]]以及配体到金属电荷转移（LMCT）复合[14,15]。其中，LMCT因操作简单且有多种配体物种可与TiO2表面相互作用而成为一种有前景且多功能的方法[[16]]。在LMCT系统中，有机或无机配体与TiO2形成界面复合物，使得在可见光照射下从配体到TiO2导带的电子转移成为可能[[14]]。这种机制促进了各种底物的光催化氧化还原反应[[14]]。已报道了许多LMCT敏化剂，包括呋喃醇[[17,18]]、过氧单硫酸盐[[19]]、蒽醌[[20]]、多巴胺[[21]]、葡萄糖[[16]]、过氧化氢[[22]]、氨基酸[[23]]和乙二胺四乙酸[[24]]。这些敏化剂通常具有羟基、羧基或巯基等锚定功能基团，能够与TiO2表面协调并促进电荷转移。最近，我们的研究小组发现白蛋白这种模型蛋白在吸附到TiO2上时可作为有效的LMCT敏化剂[[25]]。所得的白蛋白/TiO2复合物在可见光照射下表现出显著的光催化活性，这归因于形成了稳定的表面复合物，促进了可见光诱导的电荷转移。基于这一发现，我们假设含蛋白质的生物材料有可能作为LMCT敏化剂，在可见光下介导光催化反应。

酵母是一种球形单细胞真菌，广泛存在于环境和生物系统中[[26], [27], [28]]。在光催化领域，它主要被用作光催化材料合成的结构生物模板，或作为由于其环境持久性而作为模型微生物污染物[[26], [27], [28]]。例如，Yue等人利用酵母作为牺牲模板制备了La0.7Sr0.3MnO3/TiO2复合材料，在太阳光照射下表现出高的光催化性能[[29]]。类似地，Zhao等人通过酵母模板法合成了掺铁的氧化铈空心微球，在可见光照射下有效降解了酸橙7[[30]]。在另一项研究中，Tzeng等人研究了使用氮-肖尔共修饰的TiO2（N-Schorl-TiO2）在可见光照射下对酵母细胞的光催化灭活作用[[31]]。尽管有这些应用，酵母在LMCT过程中的功能作用尚未得到系统研究。

酵母具有复杂的生物分子表面结构，富含能够与TiO2表面协调的电子给体物种，如暴露在表面的蛋白质、肽和功能基团[[32]]。与分离的蛋白质或小分子配体不同，整细胞酵母提供了化学多样性和结构异质性的界面，可能增强吸附强度并促进高效的界面电荷转移[[33]]。基于这些特性，我们探索了将酵母作为生物衍生的LMCT敏化剂用于可见光驱动的TiO2光催化。光谱和光电化学分析证实了界面电荷转移复合物的形成，将光吸收扩展到可见光区域并促进了高效的电子转移。酵母-TiO2体系在Cr(VI)还原方面表现出显著的光催化活性，其性能强烈依赖于酵母的结构完整性。此外，通过优化关键操作参数（如酵母与TiO2的比例、照射波长和反应pH值）提高了光催化效率。这项研究强调了酵母细胞作为有效LMCT敏化剂的潜力，并为可持续的可见光光催化提供了新的生物衍生策略。

**2. 实验部分**
**2.1. 化学品和酵母-TiO2复合物的制备**
所有化学品均按原样使用，无需进一步纯化。二氧化钛（TiO2，Degussa P25；平均表面积约50 m2/g；初级粒径=20–30 nm）、酵母（Aldrich）、高氯酸钠（NaClO4，Aldrich）、氟化钠（NaF，Aldrich）、重铬酸钠（Na2Cr2O7，Cr(VI)，硫酸（H2SO4，J. T. Baker）、二苯卡巴肼（Sigma-Aldrich）和氢氧化钠（NaOH，Aldrich）。使用超纯去离子水（DIW，18 MΩ•cm）制备所有悬浮液和溶液。

为了制备酵母-TiO2复合物，将0.03 g TiO2粉末分散在30 mL DIW中，超声处理10分钟以实现均匀悬浮。随后按预定的质量比添加酵母。使用HClO4或NaOH调整悬浮液的pH值至所需值。选择HClO4作为pH调节剂是因为ClO4?阴离子对TiO2表面的配位能力较弱且化学性质惰性，从而最小化可能干扰光催化反应的特定阴离子吸附或表面复合。在本研究使用的稀释水条件下，HClO4浓度约为1.27 mM，室温下，酸主要作为质子源。在这些条件下，预计不会对酵母成分产生显著的氧化修饰。此外，pH调节前后电导率没有明显变化（图S1），表明悬浮液的离子强度在pH控制过程中保持恒定。通过粉末颜色从白色变为淡黄色（图S2），证实了复合物的成功形成。

**2.2. 酵母-TiO2复合物的表征**
通过衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR，Nicolet iS50，Thermo Scientific）和X射线光电子能谱（XPS，K-Alpha，Thermo Scientific）表征了酵母与TiO2之间的表面复合。使用电泳光散射光谱仪（ELS-8000，Otsuka Electronics）测量了裸TiO2、酵母和酵母-TiO2复合物的ζ电位。使用紫外-可见分光光度计（UV-2600，Shimadzu）获得了裸TiO2、酵母和酵母-TiO2粉末样品的漫反射紫外-可见吸收光谱。使用光谱荧光仪（HORIBA FluoroMax-4）在300 nm激发波长下获得了时间分辨的光致发光（TRPL）衰减光谱。

**2.3. 光电化学分析**
光电流测量和电化学阻抗谱（EIS）分析在可见光照射下进行，使用的是配备截止滤光片（λ > 420 nm）的300 W Xe弧灯。采用传统的三电极配置，工作电极为氟掺杂的SnO2（FTO）薄膜，对电极为Pt板，参比电极为Ag/AgCl电极。裸TiO2和酵母-TiO2薄膜通过刮刀法制备在FTO基底上[[34]]。电极连接到计算机控制的电位计（VSP-300，BioLogic）。使用200 mM的NaClO4水溶液作为支持电解质。光电流测量在+1.0 V（vs Ag/AgCl）偏压下进行。EIS谱在+2.4 V电位下采集，频率范围为100 kHz至0.1 Hz。

**2.4. 光催化活性测试与分析**
对于光催化实验，将TiO2粉末（1 g L?1）分散在含有酵母（1 g L?1）和Cr(VI)（100 μM）的储备溶液中，然后在超声波振荡器中超声处理1分钟。使用浓缩的HClO4调整悬浮液的pH值。混合物在黑暗中磁力搅拌30分钟，以确保酵母和Cr(VI)充分吸附在TiO2表面。光催化反应在300 W Xe弧灯（Oriel）照射下进行，发出的光通过光学截止滤光片（λ > 320 nm、λ > 420 nm和λ > 495 nm）选择性地提供紫外线或可见光。过滤后的光束照射到50 mL Pyrex反应器中，悬浮液在空气饱和条件下持续搅拌。在预定时间间隔抽取约1 mL样品，依次通过两个0.22 μm PTFE注射滤膜（Millipore）过滤以完全去除残留的催化剂颗粒。剩余的Cr(VI)浓度使用1,5-二苯卡巴肼（DPC）[35]的比色法测定，Cr(VI)-DPC复合物的吸光度在540 nm下使用紫外-可见分光光度计（UV-2600，Shimadzu）测量。使用光栅单色仪（Newport 74,125）在350–650 nm波长范围内获得了酵母-TiO2复合物的作用谱。表观量子产率（AQY）定义为在可见光照射下每个入射光子转移到Cr(VI)的电子数[[36]]。由于Cr(VI)还原为Cr(III)是一个三电子过程[[36]]，AQY根据以下公式计算：
AQY(%) = (Conv.Light ? Conv.Dark) / (3nNAhcIAtλ) × 100%
其中Conv.Light和Conv.Dark分别表示在单色光照射和黑暗条件下的Cr(VI)转化率，n是Cr(VI)的摩尔数（5.77 × 10?? mol），NA是阿伏伽德罗常数，h是普朗克常数，c是光速，I是入射光强度，A是照射面积，t是反应时间，λ是单色光的波长。

**3. 结果与讨论**
**3.1. 酵母与TiO2之间LMCT复合物的形成**
酵母细胞在其复杂的生物基质中具有多种功能基团，包括碳水化合物（如葡聚糖和甘露聚糖）、蛋白质（富含氨基酸残基）、脂质（如细胞膜中的磷脂）和核酸[[37,38]]。这些功能基团提供了多种配位位点，使得与TiO2表面形成界面复合物成为可能。为了评估这种复合的发生，比较了裸TiO2、纯酵母和酵母-TiO2复合样品的ATR-FTIR光谱（图1a）。纯酵母的ATR-FTIR光谱在2921、1639、1518、1250和1050 cm?1处显示出五个明显的吸收峰，分别对应于CH2不对称和对称伸缩振动、酰胺I的C=O伸缩振动、酰胺II的NH弯曲振动、酰胺III的CN伸缩振动以及羧酸基团的CO伸缩振动[[39]]。这些峰也在酵母-TiO2复合物的光谱中观察到，但波数略有增加，相对强度降低。这些光谱变化支持了基于酵母的配体与TiO2表面之间形成LMCT复合物。动电分析进一步支持了这些发现。不同pH值下TiO2、酵母和酵母-TiO2杂化物的ζ电位曲线如图1b所示。裸TiO2的等电点（IEP）位于pH约6.5，而酵母的IEP约为pH 3.5，与先前的报告一致[[40,41]]。有趣的是，复合物的IEP明显向酸性侧偏移，位于两个单独组分之间。这一显著的变化表明复合体内存在强烈的界面相互作用，暗示了酵母衍生功能基团与TiO2表面之间的协同结合。XPS分析提供了TiO2成功固定在酵母表面的证据。纯酵母和酵母-TiO2复合材料的C1s XPS光谱在284.5、286和287.8 eV处显示出三个特征峰，分别对应于烷烃（CH）、羰基（C=O）和羧基官能团（OC=O）[42]。相比之下，纯TiO2的光谱仅显示出后两种成分的微弱信号，表明酵母衍生的羰基和羧基含量极少。在酵母-TiO2的O1s XPS谱中（图1d），在531.5和532.6 eV处识别出明显的峰，这些峰归因于来自酵母的CO和O=CO物种[43]，以及一个位于529.3 eV的峰，对应于TiO2表面的Ti-O-Ti键[44]。图1e显示了纯TiO2和酵母-TiO2复合材料的Ti2p XPS光谱。与纯TiO2相比，酵母-TiO2复合材料的Ti2p3/2和Ti2p1/2峰向更高结合能方向移动，这表明酵母衍生的配体与Ti中心之间的相互作用改变了其局部电子环境[45,46]。结合C1s和O1s分析，这些Ti2p XPS结果为酵母-TiO2界面上的长程电子转移（LMCT）相互作用提供了电子证据。扫描电子显微镜（SEM）分析进一步揭示了酵母-TiO2复合材料的形态特征（图S3）。未经处理的酵母具有相对光滑且定义明确的球形表面，而酵母-TiO2复合材料中酵母细胞和TiO2纳米颗粒有明显的聚集现象。在复合材料中，TiO2颗粒倾向于与酵母表面和细胞间区域结合，形成异质且聚集的分布，而非均匀覆盖。这种聚集行为与先前的研究结果一致，即酵母在纳米材料形成过程中起到模板或组装作用[29,30]，证实了酵母和TiO2的共存及其紧密的界面关联。

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**图1.** (a) 酵母、纯TiO2和酵母-TiO2复合材料的ATR-FTIR光谱，(b) ζ电位，以及(c) C1s、(d) O1s和(e) Ti2p的XPS光谱（[NaNO3] = 1 mM）。

**3.2. 酵母-TiO2复合材料的可见光驱动电荷转移性质**
图2a展示了TiO2、酵母和酵母-TiO2复合材料的紫外-可见吸收光谱。正如预期的那样，由于其较宽的带隙，TiO2仅在紫外区域有强吸收，对可见光的响应很小。相比之下，酵母在可见光范围内表现出中等程度的吸收，这主要归因于其内在的色素（如细胞色素），已知这些色素能吸收蓝绿色区域（450-570 nm）的光子[47]。酵母-TiO2复合材料的吸收边缘向可见光区域明显红移，并且整个可见光谱范围内的吸收强度增强。这种行为归因于酵母衍生配体与TiO2表面之间增强的界面电子相互作用。为了评估可见光下的光诱导电荷生成，进行了光电流测量（图2b）。与纯TiO2相比，酵母-TiO2复合材料的光电流响应显著增强，表明其电荷生成效率提高。EIS分析进一步支持了这一现象；奈奎斯特图显示复合材料的半圆弧明显更小（图2c），对应于降低的电荷转移阻力[48, [49], [50]]。总体而言，这些光电化学结果表明，酵母-TiO2界面上的可见光驱动LMCT促进了有效的电子生成和传输。

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**图2.** (a) 酵母、纯TiO2和酵母-TiO2复合材料的漫反射紫外-可见光谱，(b) 纯TiO2和酵母-TiO2电极的光电流生成，以及(c) 在可见光照射下酵母、纯TiO2和酵母-TiO2电极的电化学阻抗谱奈奎斯特图（[NaClO4]0 = 0.2 M，pHi = 3.0，施加偏压分别为+b伏和+2.4伏，对比电极为Ag/AgCl，空气饱和条件下）。

**3.3. 酵母-TiO2复合材料的可见光活性**
研究了样品在可见光照射下（λ > 420 nm）对Cr(VI)的催化还原性能（图3a）。在黑暗条件下进行的对照实验显示，Cr(VI)浓度从100 μM降至约65 μM（图S4），其中约35%的减少归因于被动吸附或表面复合作用。在可见光照射下，纯TiO2没有表现出可测量的活性，这与它缺乏可见光吸收一致。相比之下，酵母在可见光下实现了Cr(VI)的适度还原，这可以归因于其在蓝绿色光谱区域的吸收特性（见图2a）及其与Cr(VI)物种的相互作用。紫外-可见光谱分析提供了这种相互作用的证据（图S5），其中Cr(VI)在350 nm的特征吸收峰发生了轻微蓝移，同时可见光吸收强度增加。这些光谱变化表明形成了表面结合的酵母-Cr(VI)复合物，可能涉及Cr(VI)与酵母表面官能团之间的相互作用[51]。然而，在这些条件下不能排除酵母的固有吸收与Cr(VI)吸收之间的光谱重叠对观察到的光谱特征的部分贡献。值得注意的是，酵母-TiO2复合材料在可见光下对Cr(VI)的催化还原活性显著增强。这种增强效应归因于复合材料较宽的可见光吸收和高效的界面LMCT，促进了从酵母衍生配体到TiO2导带的电子转移。这些特性共同作用，加速了复合体系在可见光照射下的Cr(VI)还原动力学。为了确定酵母中负责与TiO2进行LMCT的具体官能团，使用模拟酵母中主要化学基团的模型化合物进行了对照实验。选择l-赖氨酸作为富含胺的蛋白质成分的模型，甘氨酸作为同时含有胺和羧基官能团的简单氨基酸，以及甘露聚糖作为酵母细胞壁中富含羟基的成分的代表。每种模型化合物分别与TiO2结合，并在相同条件下评估其在可见光下的Cr(VI)还原性能（图3b）。l-赖氨酸-TiO2体系在反应期间几乎没有Cr(VI)还原，表明富含胺的官能团单独不能有效促进界面电荷转移。相比之下，甘氨酸-TiO2和甘露聚糖-TiO2体系表现出显著的Cr(VI)还原效果，表明含有羧基的氨基酸基团和多糖衍生的羟基团可以在可见光照射下作为有效的电子给体。尽管如此，这些模型体系的催化活性仍明显低于酵母-TiO2复合材料。这一观察结果表明，多种官能团的共存以及天然酵母结构中高密度的界面结合位点共同促进了有效的电荷转移和光催化性能。

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**图3.** 在黑暗和可见光条件下，酵母、纯TiO2和酵母-TiO2对Cr(VI)的催化还原性能；以及在可见光照射下，l-赖氨酸-TiO2、甘氨酸-TiO2、甘露聚糖-TiO2的催化还原性能（[催化剂] = 1.0 g L?1，[Cr(VI)]? = 100 μM，pHi = 3.0，黑暗条件下吸附30分钟，λ > 420 nm）。

**各种反应参数对酵母-TiO2复合材料的催化活性有显著影响**
为了阐明这些效应，进行了一系列系统实验。如图4a所示，可见光驱动的活性强烈依赖于酵母与TiO2的质量比。增加酵母含量导致催化性能持续提升，表明酵母与表面的复合作用在实现可见光光活性中起着关键作用。这一观察结果强调，复合体的形成并非偶然，而是扩展TiO2的可见光吸收能力所必需的。图4b展示了使用长通截止滤光片研究的波长依赖性Cr(VI)还原活性，最高活性出现在λ > 320 nm时。为了澄清这种增强的原因，对纯TiO2和酵母-TiO2在相同条件下的TRPL（光致发光）衰减曲线进行了测量。两个样品的TRPL衰减曲线非常相似，表明酵母添加后PL寿命没有明显变化（图S6）。这一结果表明，酵母的存在并未显著延长载流子寿命，因此 unlikely 主要作为电子受体改变TiO2的复合动力学。相反，酵母-TiO2体系增强的光催化活性归因于界面复合体对光的吸收效率提高。然而，当截止波长从420 nm增加到495 nm时，还原效率急剧下降。这一趋势与复合体的光学吸收曲线密切相关（见图2a），其中吸收强度在较长波长处逐渐减弱。为了进一步验证这一关系，进行了AQY（吸收量子产率）测量，所得作用谱与界面复合体的吸收特性高度吻合（图4c）。作用谱与吸收曲线的密切对应，以及较长波长处活性的显著损失，提供了Cr(VI)还原主要通过LMCT机制进行的有力证据。在此过程中，酵母衍生的配体作为可见光吸收体，介导了向TiO2导带的界面电荷转移，从而驱动了光催化还原反应。

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**图4.** (a) 酵母、纯TiO2和酵母-TiO2在可见光照射下的Cr(VI)催化还原受酵母与TiO2的质量比和照射波长影响，(b) 酵母-TiO2复合体的光催化作用谱，以及(c) 在可见光照射下酵母-TiO2复合体的pH依赖性Cr(VI)催化还原（[催化剂] = 1.0 g/L，[Cr(VI)]? = 100 μM，pHi = 3.0，除外(c)情况，λ > 420 nm，黑暗条件下吸附30分钟）。

**初始pH值是控制Cr(VI)物种吸附和酵母-TiO2复合材料可见光活性的关键参数**（图4d）。在酸性条件下（pH 3），酵母和酵母-TiO2复合材料的表面带正电，ζ电位分别为+6.65 mV和+17.66 mV（见图1b）。在这种条件下，阴离子型Cr(VI)物种（主要是HCrO4–）通过静电相互作用强烈吸附在表面[52]，从而显著促进了催化还原。因此，酵母和酵母-TiO2复合材料在pH 3时表现出最高的活性（图4d和图S7）。随着溶液pH值超过5，酵母和酵母-TiO2复合材料的表面电荷变为负值，大大抑制了阴离子型Cr(VI)物种（如CrO42–）的吸附，从而降低了催化效率[52]。这种抑制作用在中性至碱性pH（7–9）条件下尤为明显，此时带负电的TiO2表面还阻碍了与酵母的稳定复合，进一步降低了催化性能。这些结果清楚地表明，在酸性条件下，有利的静电相互作用对于实现酵母-TiO2体系的高效催化还原至关重要。

当TiO2表面的羟基被氟离子取代（表面氟化：>Ti-OH + F– → Ti-F + OH– (pKF = 6.2) [53]）时，酵母与TiO2之间的LMCT复合所需的相互作用受到强烈抑制。结果，酵母/F-TiO2催化剂在可见光照射下的Cr(VI)还原活性显著降低（图5a）。这些观察结果强调了TiO2表面羟基对于介导酵母与TiO2之间的LMCT相互作用、从而驱动可见光诱导的光催化还原过程的重要性。此外，还评估了加热前后酵母-TiO2复合材料的Cr(VI)催化还原活性（图5b）。将复合材料在80 °C下加热30分钟后，活性显著下降，这可能是因为热处理导致酵母细胞失活[54]。这一结果证实了酵母的生物活性对于维持复合材料的催化性能至关重要。

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**图5.** 在不同条件下制备的酵母-TiO2复合材料的催化性能比较：(a) 通过NaF处理得到的F-TiO2与未经处理的TiO2相比；(b) 预先在80 °C下加热的酵母与未加热的酵母-TiO2相比（[催化剂] = 1.0 g/L，[Cr(VI)]0 = 100 μM，pHi = 3.0，λ > 420 nm，黑暗条件下吸附30分钟后再进行照射）。

**3.4. 酵母-TiO2复合材料的重复Cr(VI)还原测试**
我们通过多次可见光照射下的Cr(VI)还原测试研究了酵母/TiO2复合材料的催化性能（图6a）。在这个实验中，每个循环开始时都会加入新鲜的六价铬（Cr(VI)，而酵母仅在第一周期中被引入一次。六价铬的还原效率在连续五次运行中逐渐下降，表明系统在反复操作下变得越来越不有效。值得注意的是，傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析显示，在重复循环前后酵母的特征峰没有明显变化（图S8），这表明酵母的整体结构在可见光照射下基本保持不变。为了进一步检查酵母在重复使用过程中是否发生部分氧化或有限程度的细胞裂解，对反应滤液进行了总碳（TOC）分析（图S9）。反应前的TOC低于检测限，而在每个循环后的滤液中始终检测到微量但可测量的TOC信号。这些结果表明，酵母衍生的有机成分在操作过程中释放或转化的程度有限。相反，观察到的活性下降更合理地归因于反应副产物在催化剂表面的逐渐积累。与此解释一致的是，经过多次反应循环后，回收的粉末颜色变得更加深且浑浊（图S10）。此外，经过重复使用后的酵母-TiO2复合物的Cr 2p XPS光谱显示出两个明显的峰，其结合能量分别为579.5 eV和586.2 eV，这些峰对应于Cr2O3中的Cr 2p3/2和Cr 2p1/2成分[55,56]。然而，在循环前的新鲜复合物光谱中未检测到与铬相关的信号。这些结果清楚地表明，在光催化反应过程中，主要以Cr2O3形式存在的三价铬（Cr(III)）沉积在TiO2表面。这种表面污染可能阻塞了酵母-TiO2的界面接触位点，阻碍了通过LMCT（长程介导的电荷转移）的有效电子传输，尽管酵母本身的结构仍然完好无损。为了进一步验证这一假设，我们进行了补充实验，在每次使用相同的TiO2悬浮液的同时，每隔45分钟重新供应新鲜酵母和六价铬（图6c）。在这种条件下，光催化活性不仅得到了恢复，而且在多个循环中得以保持。如上所述，在反复的光催化操作过程中，部分TiO2表面会被沉积的三价铬物种钝化，主要是Cr2O3形式，导致界面结合位点部分堵塞和可见光诱导的电荷传输受到抑制。然而，考虑到本研究中使用的六价铬初始浓度相对较低（100 μM），TiO2表面被三价铬完全覆盖的可能性不大。因此，当引入新鲜酵母时，酵母衍生的官能团（如羟基和羧基）可以重新吸附并与仍然可接触的TiO2表面区域配位，从而再生出具有LMCT活性的界面位点。此外，新鲜酵母提供了大量新的配体和结合基团，使得在部分覆盖的TiO2颗粒上以及聚集复合物中新形成的接触点上能够形成额外的界面复合物。结果，光活性酵母-TiO2界面的有效数量增加，从而恢复了光催化性能。

请注意，涉及重复添加新鲜酵母的回收实验旨在阐明酵母-TiO2界面相互作用的机制作用以及由于表面钝化导致的活性损失的可逆性，而不是为了提出一个优化的废水处理工程流程。虽然每升添加1克酵母可以有效通过再生LMCT活性界面来恢复光催化活性，但持续补充有机物将不可避免地增加处理水的COD（化学需氧量）和BOD（生化需氧量）负荷。从实际的环境工程角度来看，这种方法并不适用于直接处理浓度约为100 μM的微量重金属污染物（如六价铬）。在实际应用中，需要采用减少酵母用量、固定酵母衍生的官能团、开发表面再生方案或将该过程与下游有机物去除步骤相结合等策略来最小化有机负荷。

4. 结论
本研究首次证明，当酵母与TiO2结合时，它可以作为一种有效的配体到金属的电荷转移（LMCT）敏化剂，从而实现由可见光驱动的光催化。酵母-TiO2复合物在光吸收中表现出明显的红移，并显著提高了电子转移效率，使得在可见光照射下六价铬的还原效率大大提高。对照实验确认，TiO2表面的氟化（会阻塞酵母吸附）和热处理（会破坏其结构完整性）都会抑制LMCT功能和光催化活性。对操作参数（包括酵母加载量、照射波长和反应pH值）的系统性研究表明，这些因素对光催化性能有着决定性的影响。反复测试表明，性能下降是由于副产物的积累阻塞了酵母-TiO2界面，而添加新鲜酵母可以重新建立有效的LMCT驱动的光催化作用。综合这些发现，酵母被确立为一类新的生物来源的LMCT敏化剂，为合理设计可见光活性光催化系统开辟了新的途径。