本發明涉及一種具有層次性多孔空心微球狀結構的二硫化鉬/石墨烯復合材料及其合成方法，屬于微納米復合材料制備與合成的技術領域。首先制備二氧化硅微球；然后在其表面組裝一層陽離子聚電解質使之正電化；接下來在正電化的二氧化硅微球表面組裝一層氧化石墨烯得到二氧化硅/氧化石墨烯復合微球；然后采用水熱法在其表面沉積、生長二硫化鉬納米片并同時將包覆的氧化石墨烯還原成石墨烯進而得到二氧化硅/石墨烯/二硫化鉬復合微球；最后，通過水熱法用過量氫氟酸將其中的二氧化硅內核去除從而合成出二硫化鉬/石墨烯空心復合微球。該復合材料作為超級電容器電極材料使用時具有大的比電容和優異的循環充放電穩定性，展示出了廣闊的應用前景。