本发明提供了一种生物质制备含有多级结构碳纳米片的方法，即一种制备大尺寸、富含氧官能团的具有多级结构的碳纳米片的制备方法。本发明方法以生物质为原料，通过在空气中快速升温碳化的过程制备碳纳米片，具体步骤为：将生物质在水中充分浸泡后冻干，保持生物质中原有的多级结构；将冻干后的样品在空气中煅烧，得到高导电性三维结构碳材料。该制备方法简单高效、可控性强，并且成本低廉，不会对环境造成污染。本发明所制备的碳纳米片可应用于光催化、电催化以及储能等领域，并且，可利用该生物质模板合成金属以及金属氧化物二维纳米材料。