本发明公开了一种分级多孔的碳化钼纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚合物、可溶性钼源于溶液中溶解并混匀，并加入交联剂；(2)向溶液中加入可热分解的纳米颗粒并混匀，得到纺丝溶液；(3)将纺丝溶液进行静电纺丝，再将得到的纳米纤维真空干燥，再于保护气氛中碳化，从而得到分级多孔的碳化钼纳米纤维。本发明还公开了由所述方法制备的分级多孔的碳化钼纳米纤维及其作为电极材料的应用。本发明的分级多孔的碳化钼纳米纤维，具有分级多孔结构，具有较高的比表面积以及更多的电化学活性反应位点，能够更好的促进微生物分泌的电子介体在电极界面上的生物电化学反应。