本发明提供了一种非晶氧化铁纳米片复合材料，由非晶氧化铁纳米片和复合于所述非晶氧化铁纳米片表面的钌单原子组成，所述钌单原子与所述非晶氧化铁纳米片形成Ru‑O和Ru‑Fe键合，构筑了从氧化铁载体向Ru单原子催化位点的高效电子转移通道。本申请还提供了非晶氧化铁纳米片复合材料的制备方法及其应用。本发明采用固相合成法得到钌负载的非晶氧化铁纳米片复合材料，在光催化氮气固定反应中表现出优异的催化性能；此外，本发明的复合材料作为催化剂可循环使用。因此，采用本发明的制备方法得到的复合材料用于提高光催化氮气固定反应性能，具有良好的经济和环境效益。