本发明公开了一种石墨烯复合金属氧化物电极及其制备方法和应用,所述石墨烯复合金属氧化物电极包括钛基体和位于钛基体表面的复合涂层,所述复合涂层由下至上依次涂覆有下金属氧化物层、石墨烯填充多孔金属氧化物层和上金属氧化物层。该电极制备工艺简单,易操作,添加石墨烯后电极表面呈稀松多孔形貌,提高了涂层间的结合力;电催化活性得到提高,析氯电位降低而析氧电位提高。所制备的石墨烯复合金属氧化物电极通过钛、石墨烯以及金属氧化物层之间的协同作用,充分发挥钛、石墨烯以及金属氧化物层各自的性能优势之外,电催化活性、耐腐蚀性、耐冲击性优异,提高了电流效率和使用寿命。