本发明属于催化技术领域，具体涉及一种单原子和多原子过渡金属共掺杂碳催化材料及其制备方法和应用。本发明将活化处理后的碳材料与过渡金属盐进行等离子体煅烧，得到负载多原子形成的过渡金属纳米颗粒的碳材料，再通过酸蚀作用，将部分多原子形成的过渡金属纳米颗粒分散成单原子过渡金属，从而得到同时负载单原子过渡金属和多原子形成的过渡金属纳米颗粒的碳催化材料。相较于单原子过渡金属，多原子形成的过渡金属纳米颗粒与碳材料的结合力和稳定性更强，不易在催化过程中发生团聚，从而提升碳催化材料的稳定性。而且，活化处理、等离子体煅烧和酸蚀处理能增加碳材料表面的多孔结构，提高碳材料的比表面积，有利于增加活性位点从而提高催化活性。