含有机自由基的DNA-树枝状阳离子脂质复合体的合成与充/放电特性

设计合成新型含有2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氮氧自由基（TEMPO）和2，2，5，5-四甲基吡咯烷-1-氮氧自由基（PROXYL）的系列树枝状阳离子脂质，制备具有光电功能的DNA-阳离子脂质复合体。研究含TEMPO和PROXYL的树枝状阳离子脂质的合成、分子结构和性能，探明阳离子脂质特性对DNA复合体结构和性能的作用机制，阐述DNA-阳离子脂质复合体的光学、液晶、氧化-还原和电磁等性能。采用这种DNA复合体作为锂离子电池的阳极活性材料制备有机自由基电池，探明电池的充/放电特能，揭示DNA电磁性能与有机自由基对改善电池性能的协同机理。研究结果不仅在阳离子脂质的设计合成及DNA复合体结构与性能的理论上有所突破，丰富精细有机化工、资源化学、电化学和分子生物学相互交叉学科领域的学术内容，而且为开发高性能绿色环保有机自由基电池提供必要的科学理论指导，促进我国DNA先进光电子材料的发展和应用。

DNA是一种阴离子聚合电解质，能在水中被阳离子表面活性剂完全沉淀生成阳离子脂质-DNA复合物。DNA-阳离子脂质复合体可制备先进材料在一维半导体、非线性光学、场效应转化和光伏特效应等材料领域具有广阔的应用前景。设计合成新型含偶氮苯（AZO）、咔唑（CZ）、芘（PY）和蒽（Anth）的DNA-阳离子脂质复合体，表征它们的结构发现其DNA与阳离子脂质复合体的实际摩尔比为1:1.11,；这些DNA-脂质复合体能溶解在普通的有机溶剂中包括三氯甲烷、二氯甲烷、甲醇和乙醇，不溶于四氢呋喃、甲苯和水中。CD光谱显示DNA-阳离子脂质复合体的甲醇和三氯甲烷溶液具有稳定的双螺旋结构，而且该螺旋结构不随温度的改变而变化。在UV光照射下， DNA-阳离子脂质复合体侧链顺式偶氮苯基团会发生异构化转变成反式结构，在可见光作用下，反式偶氮苯结构又向顺式结构转变，但不能完全恢复到原来的状况，这些异构化转变对主链双螺旋结构没有影响。POM测试表明含有偶氮苯的DNA-阳离子脂质复合体表现出双折射液晶性能。DNA-lipid(2Cz)具有40%的荧光量子效率，不及相应的脂质体（76%），CV曲线表明DNA-lipid(2Cz)在0.65V有明显的氧化峰；DNA-lipid(PY)的荧光量子效率为27.8%，比相应的脂质体高，而DNA-lipid(Anth)的荧光量子效率（45.4%）不及其脂质体。DNA-阳离子脂质体在空气中的初始降解温度达到230℃，具有良好的热稳定性。我们还发现采用纳米石墨烯掺杂可提高有机自由基电池的充放电循环稳定性。通过计算化学研究了含TEMPO的衍生物的NO自由基在充放电过程中电子结构和相关信息。研究结果已发表SCI论文3篇，申请中国发明专利2项，为DNA脂质复合体先进材料的制备提供理论基础。