本发明涉及一种无金属掺杂氮功能化碳催化剂及其制备方法和应用，催化剂的组成包括质量比为0.10∶0.90～0.90∶0.10的碳材料和含氮大环化合物。制备方法包括：(1)将碳材料和含氮大环化合物溶于溶剂中，研磨至溶剂挥发完全，干燥，得催化剂前驱体；(2)将上述前驱体在惰性气体气氛保护下升温至600～1000℃焙烧还原处理，即得。该催化剂应用于燃料电池用膜电极结合体。本发明通过高温氮修饰热解处理，形成高氮含量的吡啶氮和石墨氮(N_x-C)复合结构，显著提高对氧的催化活性；制备方法简单，在燃料电池以及金属-空气电池、超级电容器、储能电池微生物燃料电池处理废水等领域具有良好的应用前景。