本申请提供了一种石墨烯基双功能催化剂及其制备方法、应用。该石墨烯基双功能催化剂含有铂元素和钌元素；孔结构为微介孔孔结构。制备方法为将含有铂源、钌源、碱源和石墨烯的混合溶液，冷冻干燥，得到冻干材料，退火，得到所述石墨烯基双功能催化剂。该制备方法简单，所需仪器常见，易于规模化生产；并且所制备的石墨烯基双功能催化剂具有均匀的孔结构、优异的导电性，以及较大的比表面积；以其为催化剂测试双功能性能优异，将其应用到锂氧气电池中，具有较小的充放电电压区间。