本发明实施例提供了一种石墨烯/纳米二氧化钛复合材料及其制备方法与应用，属于复合材料制备技术领域。通过将纳米二氧化钛与极性溶剂制成悬浮液，通过缓慢滴加的方式将石墨烯前驱体滴加进所述悬浮液，以得到石墨烯与纳米二氧化钛复合物，通过在惰性气氛下还原，得到石墨烯/纳米二氧化钛复合材料，该方法制备工艺简单，批量生产周期可缩短至几小时，且反应温和，安全，更适于工业化生产；同时，通过合适的极性溶剂增加了纳米二氧化钛与氧化石墨烯的结合力，保证了石墨烯/纳米二氧化钛复合材料在强机械作用下不分离，改善了石墨烯/纳米二氧化钛复合材料的分散性，当该材料应用于海洋防污防腐涂层时，提高了涂层的稳定性和使用寿命。