本发明涉及一种润滑油添加剂及其制备方法和应用。本发明的润滑油添加剂，润滑油添加剂包括石墨烯纳米片和分散剂，石墨烯纳米片分散于分散剂中，石墨烯纳米片被所述分散剂中的长链基团接枝修饰，能通过空间位阻效应防止石墨烯纳米片的团聚和沉降，从而持续发挥石墨烯纳米片的润滑功能，降低了往复式压缩机中运动部件在运转过程中的摩擦损失，提高了能效。此外，分散剂分子和石墨烯分子中裸露的活性基团发生化学反应后接枝在石墨烯纳米片表面，石墨烯碳原子的电子云结构发生改变，进一步降低了石墨烯分子间的作用力，防止了石墨烯的团聚。本发明还提供了润滑油添加剂的制备方法，含有上述润滑油添加剂的冷冻机油、往复式压缩机和制冷设备。