本发明公开了一种石墨化活性炭材料作为正丁烷氧化脱氢反应催化剂的应用，属于正丁烷氧化脱氢反应用催化剂技术领域。所述石墨化活性炭材料是将活性炭于惰性气氛中加热焙烧获得。催化剂在无水蒸气保护的条件下催化正丁烷氧化脱氢生成丁二烯，催化剂的使用温度为350~450℃；催化反应条件为：空速1000~18000 ml/g•h，正丁烷体积浓度1-5%，正丁烷与氧气体积比1:0.5 ~1:5；与传统未改性炭催化剂相比，本发明石墨化活性炭催化剂可以有效催化丁烷转化为烯烃，脱氢选择性及产率明显提高。而且该催化剂稳定性和抗氧化性能好，在反应过程中不易燃烧失活，同时也不易积碳无需水蒸气保护。