本发明公开了一种聚乙二醇改性氧化石墨烯及其制备方法与应用。本发明的聚乙二醇改性氧化石墨烯是通过将含碳类固体与反应剂在溶剂中反应，获得氧化石墨烯前驱体，再将其与聚乙二醇类物质、脱水剂分散在非质子溶剂中，以催化剂催化反应得到。本发明的聚乙二醇改性氧化石墨烯减少了氧化石墨烯的团聚，具有良好的分散性；具有灵敏度好、吸附量高、稳定性好的特点，在大多数生物样品的酸碱环境中均能发挥良好的性能，更适用于复杂生物样品中对低丰度蛋白质的提取和分离，可以有效去除生物样品中的蛋白污染，在生物、医学领域的样品预处理中有应用潜力。