本发明公开了一种三维网络结构复合材料、制备方法及应用，本发明利用导电聚合物的力学增强特性和无机半导体纳米材料的电学特性，与同时具有力学、热学、电学优良特性的石墨烯进行复合，获得由石墨烯、导电聚合物和无机半导体纳米材料组成的三维网络结构复合材料。本发明三维结构复合材料可用作光催化剂。