A tudományok iránti érdeklődés azonban már a nagyenyedi kollégiumban megfertőzte, ott sajátította el az állatpreparálás műhelytitkait egyik kedves tanárától Elekes Károlytól, akit többször is elkísért vadaszútjára. Az ornitológia iránti érdeklődését pedig Csató János Alsó-Fehér vármegyei alispán és ismert ornitológus ébresztette fel. A legnagyobb hatást azonban Herepey Károly, az ásványtan és régészet tanára gyakorolta rá, aki magával vitte az ispánlaki és bedelői ásatásaira. Az ő nyomdokain haladva tárt fel temetkezéseket ezeken a Nagyenyedhez közeli településeken 1887-ben. Ez követően lépett kapcsolatba Hampel Józseffel, a Nemzeti Múzeum Érem- és Régiségtárának őrével, és három ásatási beszámolót is közreadott az Archaeologiai Értesítőben.

1888 tavaszán Herepey ajánlólevelével a zsebében Bukarestbe érkezett, ahol az Állatorvosi Főiskola alkalmazta preparátorként. A következő év májusától a bukaresti Nemzeti Múzeumban sikerült elhelyezkednie, a Régiségtár gyűjteményeit rendezte, és az igazgató, Grigore Tocilescu ásatását vezette a dobrudzsai Adamclisiben, de arra is jutott ideje, hogy a románok vízkereszti szokásairól és a dobrudzsai tatárokról szóló leírásokat küldjön a nagyenyedi Közérdek című lapnak vagy különféle restaurálási eljárásokról jelentessen meg közleményeket. 1889 márciusában tagjai sorába fogadta a Királyi Magyar Természettudományi Társulat, és nagyjából az idő tájt nyert felvételt az Országos Régészeti és Embertani Társulatba is.

Bukarestben került ismeretségbe Albert Grubauer német ornitológussal, aki dobrudzsai madarak és tojások beszerzésével bízta meg. Levelezésük során merült fel egy közös óceániai gyűjtőút terve, aminek eredményeképpen Fenichel lemondott bukaresti állásáról, és Hamburgba utazott. Pesten átutazóban Madarász Gyula, a Nemzeti Múzeum madártani osztályának vezetője jóvoltából lehetősége volt a múzeum ornitológiai gyűjteményének tanulmányozására, majd Münchenben hat hétig dolgoztak Grubauerrel az expedíció felszerelésének összeállításán. Az expedíció célja Holland-Új-Guinea „… tudományos kikutatása és mindennemű múzeumi, néprajzi, de különösen ornitológiai gyűjtések eszközlése…” volt.

Fenichel szeptember 30-án indult útnak Hamburgból, és részben közlekedési nehézségek, részben kolerajárvány miatt 1891. december 22-én végül a Német-Új-Guinea-i Astrobale-öbölben szállt partra Grubauerrel együtt. Ott azonmód nekilátott a gyűjtésnek, és a szüleinek küldött listából kitűnik, hogy néhány nap alatt tájékozódott azokról az árucikkekről, amelyeket ethnographicákra tudna cserélni. Már ekkor malária tüneteit vette észre magán, naplójában és leveleiben visszatérően panaszkodott váratlanul érkező maláriás rohamokra. Ennek ellenére rendületlenül folytatta zoológiai és néprajzi gyűjtéseit. Egyik, Bongu-beli gyűjtéséről ezt jegyzete fel naplójában: „… sikerült egy pár potyaértékű áruért igen szép nyilakat, bálványt, kőfejszéket, haj-, kar- és melldiszeket és számos más fontos ethnographiai tárgyat s 2 koponyát szereznem. A szerzett tárgyak között van szép pálma bélből készült Canoe model, melyet bizonyos ünnepek alkalmával fejen hordoznak.” Tárgyak beszerzése mellett a helyi nyelvet is igyekezett elsajátítani, estéit szavak összeírásával és tanulásával töltötte.

Ebben a helyzetben érte Grubauer közlése, aki alig egy hónapos új-guineai tartózkodást követően, terveiket feladva a hazatérés mellett döntött. Noha a helyi hatóságok kötelezték Grubauert, hogy Fenichel hazautazásának költségeit is biztosítsa, ő nem akart dolgavégezetlenül, gyűjtemény és piacképes áru nélkül hazatérni, így mindössze 150 márkával a zsebében Új-Guineában maradt. Létfenntartása és gyűjtéseinek fedezése érdekében több európai és ázsiai múzeumnak, köztük a budapesti Nemzeti Múzeumnak is felajánlotta szolgálatait. Az akkoriban még teljesen feltáratlan hegyvidékre irányuló felfedező- és gyűjtőútja költségeire 800–1000 forint segélyt kért, továbbá jó minőségű sörétes puskát és 2000–3000 patront. Madarász Gyula mindkét kérésének eleget tett, továbbá kilátásba helyezték, amennyiben ügyesen gyűjt és preparál, további segélyt kap. Április közepéig Fenichel Gorimában tartózkodott, idejét gyűjtéssel és a környék lakosainak megismerésével töltötte. Két gyűjtőutat is tett a Bili Bili-szigetre, ahol gazdag néprajzi anyagot cserélt. Több hónapnyi pénztelenséget követően, az év közepén kapta meg a Nemzeti Múzeum ornitológiai gyűjtésre szánt 1350 márkás támogatását. Augusztus végén küldött leveleiben már arról számolt be, hogy több expedíciót is vezetett a Finisterre-hegységbe, ahol „a lakosok tanulmányozása” és geográfiai tapasztalatok mellett 90 madarat ejtett el, és 71 preparált példányt, a hozzájuk tartozó jegyzetekkel és adatokkal már útnak is indított. Néprajzi gyűjteményének gyarapodása mellett arról is beszámolt, hogy „… sok a maga nemében unikum tárgynak vagyok a birtokában, a melyet még utazó nem ismert főleg a hegyi pápuák műveiből„. Utolsó küldeményét 1893. február 12-én adta postára, ám az megfelelő csomagolóanyag híján nem tartalmazta sem 1000 darabos lepkegyűjteményét, sem néprajzi anyagát. Pénze akkorra már teljesen elfogyott, várta a Nemzeti Múzeum úton levő támogatását, ugyanakkor bízott benne, hogy a Német-Új-Guinea Társaság és a helyi kormányzó érdeklődése anyagi támogatásban is testet ölt, lehetőséget biztosítva a Finisterre-hegység ismeretlen tájainak felkutatására. Egyúttal azt is eldöntötte, hogy ez után az expedíció után a Ruo-szigetre helyezi át főhadiszállását, és onnan tesz kirándulásokat a Hansemann-hegységbe, majd május–júniusban végleg hazatér.

Erre azonban már nem került sor. 1893. március 6-án a betegség ledöntötte a lábáról. Noha a következő napon a rajnai missziós társaság orvosának, Wilhelm Frobeniusnak utasítására beszállították a stephansorti kórházba, a gondos ápolás ellenére március 12-én meghalt. Halálának okaként a szingapúri konzul levelében gyomorfekély szerepel, míg Frobenius a maláriát nevezi meg. Fenichel haláláról hagyatékának gondozója, a konstantinhafeni missziós állomás vezetője, Stanislaw Kubary értesítette a szülőket, majd ő gondoskodott arról is, hogy Fenichel gyűjteményét a berlini Museum für Völkerkundéba szállítsák, ahova 1894. április elején érkezett meg. Ott vette át a Néprajzi Osztály segédőre, Jankó János, mivel a vallás- és közoktatásügyi miniszter 6000 forintos külön támogatásának köszönhetően a Nemzeti Múzeum megvásárolta. Így tehát zoológiai gyűjteménye mellett végül Fenichel néprajzi anyaga, több mint két és félezer tárgy is Magyarországra, a Néprajzi Múzeumba került.

Mindent egybevetve azt mondhatjuk, hogy Xántus János 1868–1870-es kelet-ázsiai expedícióját követően ez volt a Néprajzi Osztály első jelentős anyagi és tudományos értéket képviselő vásárlása, s ezzel a gyarapodással vette kezdetét a múzeum mintegy tízéves, minden mást meghaladóan felívelő korszaka.