经几年反复试验，合成氨方法在1909年7月2日获得历史性的突破。这一天，一直对哈柏合成氨感兴趣的德国巴登化学公司，特邀当时一批著名的工程专家和催化剂专家，去哈柏所在的喀尔斯鲁大学实验室，亲眼见证了哈柏合成氨。以锇为催化剂，在17.5～20mpa和500～600℃下，氮气与氢气直接合成氨。实验中，哈柏还将未反应的氮气和氢气循环利用，基本解决了合成氨的生产问题。1913年，巴登公司建成世界第一个合成氨工厂，并投产，日产量达30吨。
哈柏合成氨的伟大意义是使把大规模生产化肥成为现实，促进了农业现代化。此外，他利用热化学循环得出晶体点阵能，被后人称为哈柏循环。在电化学方面，他发明的玻璃电极为后人发明ph计打下理论基础，而且他还是最早发明燃料电池者和电解有机化合物的创始人。1918年因发现人工合成氨的方法而荣获诺贝尔化学奖。
在第一次世界大战其间，哈柏受极端分子的鼓惑主持研究了毒气生产，并用催化氧化氨的方法制出了硝酸，解决德火生产的瓶颈。这些行为使他遭到了国际科学界的一致强烈的谴责。甚至有人认为，如果没有哈柏合成氨方法的诞生，德国就不会贸然发动第一次世界大战。
尽管哈柏深爱德国，并为国家的利益不惜牺牲自己的名誉，但作为一名犹太人，1933年，他还是被纳粹分子驱逐出了祖国，次年途经瑞士时因心脏病发作客死他乡。
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