本发明公开了一种基于二维纳米材料改性碳纤维的制备方法,包括：首先对碳纤维进行去剂处理,其次配置二维纳米材料分散液,最后采用真空抽滤法将二维纳米材料分散液沉积在均匀铺放的碳纤维丝束表面,然后将沉积有二维纳米材料分散液的碳纤维丝束翻转180°,再次真空抽滤二维纳米材料分散液使其沉积在均匀铺放的碳纤维丝束另一表面,得到二维纳米材料改性的碳纤维。本发明的制备方法有效解决了现有碳纤维表面改性方法存在的降低纤维强度、工艺复杂、操作困难、污染环境、加工成本高等问题,制备的二维纳米材料改性的碳纤维使复合材料的界面粘结强度提高了12.3％～75.5％。