本发明公开了一种Ni单原子掺杂的氮掺杂碳纳米催化剂及其制备方法和应用。该Ni单原子掺杂的氮掺杂碳纳米催化剂包括碳材料以及相互独立地负载在碳表面的Ni原子。本发明以Ni单原子孤立地负载在氮掺杂碳衬底上，构建出一种Ni单原子掺杂的氮掺杂碳纳米催化剂，既克服了单原子催化剂复杂的制备过程和规模生产的高额成本问题，又能够基于单原子具有的高效原子利用率和较强的金属衬底相互作用，使所得Ni单原子掺杂的氮掺杂碳纳米催化剂在催化烟道气电还原反应制一氧化碳中具有很高的催化活性和选择性，在模拟烟道气组分的低浓度二氧化碳原料气中，也保持了较高的活性和选择性，有望于应用在烟道气中的二氧化碳气体的高效转化。