本发明提供了一种碳纤维及其制备方法和应用，涉及碳纤维表面改性的技术领域，本发明提供一种碳纤维制备方法，碳纤维制备方法包括以下步骤：以聚丙烯腈原丝为原料，制备得到石墨化纤维，之后对石墨化纤维依次进行电化学氧化表面处理和上浆，得到碳纤维；其中，电化学氧化表面处理包括：对石墨化纤维依次进行一级表面处理和二级表面处理，一级表面处理采用具有氢氧根的碱性电解液，二级表面处理采用乙酸铵和磷酸二氢铵的复合电解液，本发明采用两级表面处理，去除纤维表面的弱层，再增加纤维表面含氧官能团和含氮官能团，能够提升碳纤维的界面性能。