一种氧化钛空心纳米管的制备方法及其制备的氧化钛空心纳米管的应用，属于纳米材料制备方法及其应用技术领域，解决现有制备方法制得的氧化钛纳米管的管径和壁厚不易控制、氧化钛纳米管吸附能力不可控的技术问题。解决方案为：纳米管是以碳纳米纤维为模板，使用原子层沉积方法依次沉积氧化钛内壁、氧化铝牺牲层和氧化钛外壁到碳纳米纤维模板表面，然后采用H₃PO₄酸蚀选择性除去牺牲层，得到具有空腔的氧化钛纳米管。本发明制备的氧化钛纳米管，其管腔直径可以通过精确调控牺牲层厚度而精确控制，解决了常规方法对孔径调节困难而导致氧化钛材料吸附能力差的技术缺陷。