本发明公开了一种纳米金刚石/石墨烯复合材料负载铱铜催化剂及其制备方法和应用，属于正丁烷直接脱氢反应催化剂技术领域。本发明首先制备纳米金刚石/石墨烯复合材料作为载体，铱和铜以双原子的形式分散固定在石墨烯壳层。催化剂在混合原料气中将丁烷高效脱氢生成丁烯(1‑丁烯和2‑丁烯)，催化剂的使用温度为380‑600℃。与传统的铂锡双金属催化剂和氧化铬催化剂相比，本发明石墨化纳米金刚石负载铱铜催化剂可以在低温条件下实现丁烷高效转化生成丁烯，并且对环境无污染。