本发明公开了石墨烯基复合材料及其制备方法和应用，所述方法包括：(1)将锰盐、尿素和含有PVP的二甘醇混合后得到的混合液供给至反应釜中进行水热反应，然后将得到的反应产物依次进行过滤、洗涤、干燥和煅烧，以便得到锰基氧化物；(2)将所述锰基氧化物置于高温反应器中持续升温，同时通入保护气，达到第一预定温度后，向所述高温反应器中通入含有保护气和氢气的第一气体，以便得到氧化锰模板；(3)将所述氧化锰模板置于高温反应器中持续升温，同时通入所述保护气，达到第二预定温度后，向所述高温反应器中通入含有保护气和碳源或含有保护气、碳源和氮源的第二气体，以便在所述氧化锰模板上沉积形成石墨烯或氮掺杂石墨烯，得到石墨烯基复合材料。