本发明公开一种薄膜催化剂、贵金属/石墨烯复合薄膜及其制备方法和应用，属于储氢技术领域。该贵金属/石墨烯复合薄膜，由贵金属负载于石墨烯复合膜上制得；所述石墨烯复合膜中，石墨烯片占80％～90％，氧化铝占10％‑20％。该制备方法，包括：S1、将石墨烯片，氧化铝及乙醇混合制得分散液；S2、将分散液过滤得到负载有氧化铝的薄膜；S3、将薄膜由400‑450℃升温至900℃‑950℃得到石墨烯复合膜；S4、将石墨烯复合膜置于含H2PtCl6和H2PdCl4中的至少一种的溶液中，并加入还原剂反应得到贵金属/石墨烯复合薄膜。本发明提出的贵金属/石墨烯复合薄膜确保催化剂活性的同时提高了催化剂的导热性。