本发明涉及一种木质素基碳泡沫及其制备方法与应用。本发明以木质素为原料,通过超声将木质素,水、PVA和铁粉、硼粉或硼酸均匀混合,随后在真空烘干箱中进行发泡,随后,在1200℃下进行石墨化。以PVA作为发泡剂,纳米铁粉(Fe)、硼粉(B)或硼酸为催化剂,使木质素在1200℃下形成高孔隙率,高石墨化程度的石墨材料。随后通过酸洗,将含铁等杂质去除。通过真空辅助自组装的方式,将聚合物吸入碳泡沫的孔隙之中。本发明提供了一种以木质素为原料,制备高石墨化程度的碳泡沫,以碳泡沫为3D骨架,制备高导热复合材料。