本申请公开了一种气体扩散层及其制备方法和应用，其中气体扩散层包括基底层、第一微孔层和第二微孔层，基底层为负载有第一疏水剂和第一稀土氧化物的碳材料层；第一微孔层设在基底层的表面，第一微孔层的材料含有第一导电剂和第二疏水剂；第二微孔层设在所述第一微孔层远离基底层一侧的表面，第二微孔层的材料含有第二稀土氧化物、第二导电剂和第三疏水剂。本申请的气体扩散层，基底层、第一微孔层、第二微孔层均具有疏水性，且基底层含有自由基淬灭剂第一稀土氧化物，第二微孔层含有自由基淬灭剂前驱体第二稀土氧化物，可以高效消除燃料电池反应过程中产生的自由基，保护质子膜，从而大幅度提升膜电极的耐久性。