本发明提供了一种贵金属@洋葱碳杂化的TMC/a-C纳米复合涂层及其制备方法和应用，涉及功能膜材料技术领域。本发明提供的纳米复合涂层包括非晶碳和由非晶碳包覆的TaC纳米晶、贵金属纳米团簇和贵金属单原子；所述TaC纳米晶的尺寸为4～6nm，所述贵金属纳米团簇的尺寸小于2nm；所述贵金属纳米团簇和贵金属单原子中的贵金属元素为Au或Ag，所述TaC纳米晶、贵金属纳米团簇和贵金属单原子上有结晶洋葱碳。本发明提供的贵金属@洋葱碳杂化的TMC/a-C纳米复合涂层不仅具有极低的摩擦系数与磨损率，能实现宏观超润滑，还具有较高的硬度及韧性，兼具良好的摩擦学性能和机械性能，可作为超润滑材料应用；且制备方法简单。