С использованием метода молекулярной динамики исследовано поведение молекул водорода в нанопорах углерода различной формы: щелевидной, цилиндрической и сферической. Показано, что вблизи стенок нанопор формируется адсорбированный слой молекул с повышенной плотностью, между этим слоем и газом в центральной области нанопоры устанавливается динамическое равновесие. Установлено, что распределение плотности молекул газа по сечению зависит от кривизны стенок нанопор и их размера: при уменьшении размера нанопор плотность адсорбата увеличивается быстрее в сферических нанопорах, стенки которых характеризуются большей средней кривизной.

На основе молекулярно-динамического моделирования исследована система «нанопористый материал — молекулярный водород». Спецификой исследуемой системы является то, что длина свободного пробега молекул больше, чем характерный размер нанопор. Взаимодействие между молекулами водорода описывалось адаптивным межмолекулярным потенциалом, разработанным для описания углеводородных систем. Рассчитаны радиальные распределения плотности газа и скоростей молекул в нанопорах различного размера. Изучено влияние характера взаимодействия стенок нанопор с молекулярным водородом на кинетические свойства газа и адсорбционные свойства нанопористого материала.

Впервые зарегистрированы спектры пропускания нанопористого SiО2 / А12О3 - ксерогеля в ближнем ИК-диапазоне при заполнении нанопор молекулами аммиака и ацетона. Обнаружено, что физическая адсорбция данных газов вызывает увеличение пропускания образцов ксерогеля на частотах колебаний поверхностных ОН-групп, носящее обратимый характер.

В работе на молекулярном уровне исследовано взаимодействие заряженных и нейтральных биомолекул с 2D-наноструктурами оксигидроксида алюминия, характеризующимися кривизной и дефектностью. С использованием управляемой молекулярной динамики и анализа потенциала средней силы получены количественные результаты, характеризующие адсорбционные свойства поверхности нанолиста оксигидроксида алюминия АlOОН по отношению к типичным представителям анионных, катионных и незаряженных биомолекул — аминокислотных остатков. Результаты проанализированы и сопоставлены с литературными данными и собственными результатами предшествующих работ. С использованием несмещенной молекулярной динамики оценены функции радиального распределения между различными парами атомов поверхности нанолиста АlOОН и адсорбата, исследовано влияние кривизны и поверхностных дефектов в виде вакансий гидроксильных групп на взаимодействие указанного наноматериала с моновалентными ионами. По результатам комбинированного молекулярно-динамического и квантово-механического расчета выявлены характерные элементы структуры различной кривизны нанолиста АlOОН, оценено влияние краевых зон в форме складки на локальные электростатические свойства наноматериала. Обсуждаются роль указанных факторов в селективной адсорбции наноматериала и перспективные направления численных и экспериментальных исследований в этом направлении. Работа является продолжением цикла исследований, посвященных синтезу, характеризации и применению низкоразмерных наноструктур со сложной морфологией на основе слоистого (окси)гидроксида алюминия в биомедицинских приложениях и материаловедении.

The molecular investigation of the interaction of charged and neutral biomolecules with 2D-nanostructures of aluminum oxyhydroxide characterized by curvature and defects is performed. Steered molecular dynamics and the potential of mean force analysis are used for quantitative assessment of adsorption properties of the aluminum oxyhydroxide (AlOOH) nanosheet surface for typical representatives of anionic, cationic and uncharged biomolecules-amino acid residues. The results are analyzed and compared with the literature data and own previous results. Unbiased molecular dynamics is employed to estimate radial distribution functions of different atom pairs of the AlOOH nanosheet surface and adsorbate surface as well as to study how curvature and surface defects in the form of vacancies of hydroxyl groups influence the interaction of the nanomaterial with monovalent ions. The combined molecular dynamics and quantum mechanical calculation reveals characteristic structural elements with different curvature of the AlOOH nanosheet and enables an estimation of the effect of edge zones in the form of folds on local electrostatic properties of the nanomaterial. The role of these factors in the selective adsorption of nanomaterials and future directions of numerical and experimental studies are discussed. The work is a further investigation into the synthesis, characterization, and application of low-dimensional nanostructures with complex morphology based on layered aluminum (oxy)hydroxide in biomedicine and materials science.