本發(fā)明提供一種具有高單原子負(fù)載量的碳材料、制備方法及其應(yīng)用，該方法包括：利用空間限域法將具有單個(gè)原子的二茂化合物包裹在瓜環(huán)的腔體內(nèi)，從而得到具有高單原子負(fù)載量的碳材料。本發(fā)明通過將二茂化合物包裹在瓜環(huán)的疏水空腔內(nèi)限制了高溫下金屬的遷移以及提高了金屬遷移所需的能量，從而可阻止金屬團(tuán)聚的發(fā)生。此外，由于瓜環(huán)本身富含氮元素，因此可將其作為不定型碳的碳源和優(yōu)質(zhì)的氮錨定位點(diǎn)，使得過渡金屬被錨定在材料中，進(jìn)而可提高單原子形成的可能性。本發(fā)明的復(fù)合碳材料具有高單原子負(fù)載量、高穩(wěn)定性和優(yōu)異的電催化性能，將其應(yīng)用于電化學(xué)催化、有機(jī)催化、生物傳感器、超級(jí)電容器、鋰離子電池等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。