Air merupakan substansi yang paling banyak dipelajari di dunia, namun para ilmuwan selama bertahun-tahun masih memperdebatkan fenomena kimia yang terjadi ketika air terjepit dalam ruang yang sangat sempit, hanya selebar beberapa molekul. Ruang-ruang mikroskopis ini dapat ditemukan secara alami maupun dalam aplikasi teknologi, seperti pada pori-pori skala nano, membran, dan saluran biologis.
Sebuah penelitian terbaru yang dipublikasikan dalam jurnal Science Advances memberikan jawaban yang lebih komprehensif terkait perdebatan panjang ini. Peneliti menemukan bahwa reaktivitas air dalam ruang terbatas tidak sesederhana yang dibayangkan sebelumnya, di mana hasil penelitian selama satu dekade terakhir yang sempat saling bertentangan kini mulai menemukan titik terang.
Salah satu properti kimia paling krusial dari air adalah kemampuannya untuk terpecah menjadi partikel bermuatan, yakni ion hidronium (H3O+) dan ion hidroksida (OH-). Proses ini menentukan tingkat pH, yang sangat memengaruhi segalanya, mulai dari fungsi enzim dalam sel tubuh manusia hingga reaksi kimia yang terjadi di dalam baterai modern.
Tim peneliti, yang dipimpin oleh Xavier R. Advincula, melakukan simulasi menggunakan kecerdasan buatan (machine learning) untuk meniru akurasi mekanika kuantum. Mereka menguji air yang terperangkap di antara lembaran grafena dan heksagonal boron nitrida (hBN). Meskipun kedua material tersebut memiliki struktur serupa, perbedaan kimia permukaan di antara keduanya memberikan wawasan baru.
Temuan utama menunjukkan bahwa reaktivitas air dalam ruang nano sangat bergantung pada kepadatan, ukuran pori, fleksibilitas dinding, dan kimia permukaan. Advincula menjelaskan bahwa ketika sistem dibandingkan di bawah kondisi termodinamika yang setara—khususnya pada potensi kimia yang sama—efek kurungan (confinement) tersebut sebenarnya menghilang. Kontradiksi dalam literatur riset sebelumnya terjadi karena perbedaan tekanan atau kepadatan efektif yang tidak disadari oleh para peneliti.
Selain itu, simulasi mengungkapkan bahwa air yang terjepit di antara lembaran material setebal satu atom ini mengalami tekanan internal yang ekstrem, mencapai beberapa gigapascal. Tekanan ini setara dengan kondisi di kedalaman Bumi, yang muncul secara alami akibat gaya tarik van der Waals antara lapisan dua dimensi. Penemuan ini membuka pemahaman lebih dalam mengenai perilaku molekul air dalam sistem komputasi dan teknologi material masa depan.