本本发明公开了一种真空碳掺杂二氧化钛纳米管阵列结构的制备方法和应用，采用二次电化学阳极氧化法，在浸泡乙二醇的前提下，用管式炉进行真空退火。乙二醇将在二氧化钛纳米管表面上形成一层超薄碳壳，同时保持有序纳米管阵列结构。对制备的真空掺碳改性二氧化钛纳米管阵列光电阳极材料进行了一系列表征与光电催化性能测试，发现其具有优异的光电催化性能，光电流有了很大提升。可见光范围波长吸收增强，提高了太阳光的利用率，其合成方法简单、反应条件易控制，化学性质稳定，可以通过简单方法进行二氧化钛材料的碳掺杂改性，为提升二氧化钛材料光电催化性能的研究提供了全新的思路，具有较为广阔的应用前景。