本發明公開了一種鈀基催化劑及其制備方法與應用。本發明鈀基催化劑是包括石墨烯和鈀金屬以及賤金屬和/或銀金屬顆粒,所述鈀金屬與賤金屬和/或銀金屬顆粒分散并原位結合在石墨烯表面上和/或層間隙中。其制備方法包括制備原位結合有賤金屬和/或銀金屬顆粒的石墨烯和在石墨烯上進一步原位結合鈀金屬得到雙金屬合金顆粒的步驟。本發明鈀基催化劑鈀金屬顆粒與賤金屬和/或銀金屬顆粒合金化,有效提高單位質量Pd的催化面積以提高其催化效率,而且分布均勻,同時降低催化劑的成本。本發明方法能夠有效降低催化劑生產成本,節約能源,保護環境,且可以量產。