本发明公开了一种在火星上由二氧化碳转化为氧气和碳材料的制备系统，火星大气中包含95.3％的二氧化碳，所述制备系统包括核能发电模块和依次连接的火星大气浓缩及储存模块、CVD装置、碳材料收集模块、氧气分离纯化模块，所述核能发电模块为系统提供电能，所述火星大气浓缩及储存模块将火星大气浓缩并储存后，经过调整压力和流量，再通入CVD装置加热裂解成碳原子和氧气，碳原子组合成碳材料或生长成碳纳米管和石墨烯，沉积在碳材料收集模块的基板上，氧气随气体管路排出后经氧气分离纯化模块分离提纯。本发明就地取材，解决了人类在探索和定居火星时氧气的供给问题，而不用从地球上运送大量的原材料参与氧气的制备。