本发明公开了一种杂原子掺杂碳纳米管修饰碳纤维纸及其制备方法和应用。利用非共价键修饰碳纳米管形成均匀的碳纳米管分散液，将天然纤维素浸泡其中，再经过干燥碳化得到杂原子掺杂碳纳米管修饰碳纤维纸。该碳纤维纸可作为锂硫电池的隔层材料，通过物理束缚和化学吸附的作用可以抑制多硫化物的“穿梭效应”，杂原子的掺杂对多硫化物向硫化锂的转变反应具有一定的催化效应，可以促进多硫化物向硫化锂的转变，从而提高锂硫电池的反应动力学，进而提高锂硫电池的电化学性能。