本发明提供了一种BiVO₄纳米片复合型光催化剂及其制备方法和应用，以Bi(NO₃)₃·5H₂O、NH₄VO₃和氧化石墨烯为原料，通过水热法制得二元BiVO₄纳米片–石墨烯复合光催化剂；另外，以Bi(NO₃)₃·5H₂O、NH₄VO₃、氧化石墨烯和H₂PdCl₄为原料，通过湿化学法并结合水热法制得三元BiVO₄纳米片–石墨烯–钯复合光催化剂。本发明首次通过简单的水热法将BiVO₄纳米片与石墨烯或Pd修饰的石墨烯复合在一起。在二元BiVO₄纳米片–石墨烯复合光催化剂中，石墨烯的引入有利于光生载流子的有效分离；在三元BiVO₄纳米片–石墨烯–Pd复合光催化剂中，贵金属Pd在BiVO₄纳米片和石墨烯界面处的引入则进一步优化了其光生载流子的转移路径，大大提高了载流子的分离效率。所述的催化剂用于可见光下染料废水的降解，光催化活性高。