本發(fā)明公開了一種石墨烯基納米金屬復合材料、其制備方法及應用。該復合材料包括具有三維多孔泡沫結構的石墨烯基體以及均勻負載于所述石墨烯基體上的納米金屬顆粒；其制備方法包括：在空氣氣氛中對石墨烯進行等離子體處理，再加入可溶性亞鐵鹽溶液并混合均勻，而后加入還原劑，在設定條件下充分反應后，獲得三維石墨烯基納米鐵復合材料。本發(fā)明以三維石墨烯泡沫材料為載體，通過化學液相還原法制備了均勻包覆在石墨烯表面的納米金屬顆粒，提高了納米顆粒的分散性，避免其發(fā)生團聚，同時所獲復合材料整體呈三維多孔結構，具有穩(wěn)定性更好，降解活性更高，對污染分子的吸附更快，回收更容易等優(yōu)點，在化學催化、污水處理等領域有著廣泛的應用前景。