本发明提供了一种三维石墨烯双功能氧电极催化剂，属于氧电极催化剂技术领域，包含三维石墨烯、嵌在三维石墨烯中的氮、铝和包裹在三维石墨烯中的钴纳米粒子。通过氮和铝对三维石墨烯的电子结构进行功能化调控，功能化后的石墨烯具有花簇状的形貌，并暴露出更多的缺陷，钴基纳米粒子嵌入在氮和铝调控的三维石墨烯内的氧电极催化剂具有封装结构，内层的钴纳米粒子活化了外层的石墨烯，外层的石墨烯保护了内层嵌入的钴纳米晶不被碱性/酸性的腐蚀溶液刻蚀掉，且电化学活性大大的提高，不仅在酸性条件下对氧气还原反应具有迷人的催化活性和稳定性，并且在碱性条件下对析氧反应展示了优秀的催化性能。