Fixation bezeichnet in den Natur- und Ingenieurwissenschaften allgemein die Umwandlung eines mobilen oder thermodynamisch relativ instabilen Stoffes in eine chemisch gebundene, räumlich oder energetisch „fixierte“ Form. Im Kontext der Stoffumwandlung betrifft dies insbesondere die chemische Bindung von Gasen wie N₂, CO₂ oder H₂S in kondensierten Phasen (Festkörper, Flüssigkeiten) durch Adsorption, chemisorptive Reaktionen oder Einbau in Kristallgitter.

In der Werkstoffforschung ist die Stickstofffixierung von zentraler Bedeutung: Elementarer Stickstoff wird in reaktive Stickstoffverbindungen überführt, etwa durch Haber‑Bosch‑Synthese (NH₃) oder durch photokatalytische Stickstofffixierung an Halbleiteroberflächen. Letztere nutzt angeregte Ladungsträger zur Aktivierung der N≡N‑Dreifachbindung und erfordert eine geeignete Bandstruktur, Defektchemie und Oberflächenkoordination, um selektiv und energieeffizient zu sein.

Materialwissenschaftlich relevant sind (i) die Kinetik der Fixationsreaktion, (ii) die Stabilität der fixierten Spezies im Wirtsmaterial, (iii) strukturelle Änderungen (Gitterexpansion, Phasenumwandlungen) sowie (iv) Reversibilität, etwa bei Sorbentien für CO₂. Fixation kann durch Dotierung, Defektengineering, Nanostrukturierung und gezieltes Design von Oberflächenzentren (z.B. einzelne Metallatome, Sauerstofffehlstellen) optimiert werden.

Fixationsprozesse stehen in enger Beziehung zu Adsorption, Katalyse und Heterogenisierung von Reaktionszentren und sind für nachhaltige Technologien wie CO₂-Nutzung, umweltfreundliche Ammoniaksynthese und Schadstoffimmobilisierung in Feststoffen zentral.