本发明涉及棒状五氧化二钽纳米晶/石墨烯复合光催化剂的制备方法，配置五氧化二钽前驱溶液后，将氧化石墨超声分散于五氧化二钽前驱体溶液中，经过水热反应后再离心过滤并干燥，即制备得到棒状五氧化二钽纳米晶/石墨烯复合光催化剂。与现有技术相比，本发明利用该前驱液在合适的水热条件下取向结晶这一特性，控制了五氧化二钽以棒状的形式在石墨烯上的生长，制备得到棒状五氧化二钽纳米晶/石墨烯复合物，该方法通过对五氧化二钽形貌的控制，得到的取向态五氧化二钽更有利于光生电子空穴的分离，因此该复合光催化剂催化性能得到大幅提高。