本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种黑色二氧化钛及其制备方法和应用。本发明提供的黑色二氧化钛的制备方法，包括以下步骤：将乙酸、钛酸四丁酯和钛粉混合，得到悬浮液；将所述悬浮液进行水热反应，得到黑色二氧化钛。本发明将钛酸四丁酯、乙酸和钛粉混合均匀进行水热反应，在水热反应过程中，钛粉将二氧化钛中部分钛还原，得到掺杂三价钛的二氧化钛即黑色二氧化钛。本发明提供的制备方法简单易行，且能耗低；同时利用上述制备方法制备得到的黑色二氧化钛能够在可见光下具有较好的催化性能。由实施例结果可知，按照本发明提供的制备方法制备得到的黑色二氧化钛能够在可见光下光催化降解有机污染物。