本发明涉及一种制备海绵状石墨烯的方法，包括如下步骤：采用冻干法，以氧化石墨为原料，制备得到海绵状的氧化石墨烯作为前驱体；将制得的前驱体放入坩埚中，然后将坩埚放入微波真空烧结炉内，抽真空后用微波进行辐照，得到海绵状石墨烯。本发明得到的海绵状石墨烯具有疏松多孔的独特结构，使得其在超级电容器、储氢材料、传感器、吸附材料等领域有着广阔的应用前景。本发明中基于高能微波的辐照模式，瞬间将微波能转化为样品的内能，并通过剧烈的分子热运动，使得氧化石墨烯上的含氧基团被还原为气体并迅速挥发逸出，从而还原得到石墨烯，并可继续保持疏松多孔的海绵状聚集结构。