本發(fā)明公開了一種單原子銥基納米金剛石/石墨烯復合材料催化劑及其制備方法和應用，屬于正丁烷直接脫氫反應催化劑技術領域。本發(fā)明首先制備納米金剛石/石墨烯結(jié)構(gòu)碳材料作為載體，銥以單原子的形式分散固定在石墨烯殼層。催化劑在混合原料氣中將丁烷高效脫氫生成丁烯，催化劑的使用溫度為400～450℃。與傳統(tǒng)的鉑錫雙金屬催化劑和氧化鉻催化劑相比，本發(fā)明單原子銥基納米金剛石/石墨烯復合材料催化劑可以在低溫條件下實現(xiàn)丁烷高效轉(zhuǎn)化生成丁烯，并且對環(huán)境無污染。