本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体公开一种中空碳纤维材料及其制备方法和应用。所述制备方法包括以下步骤：配制外壳纺丝液原液和内核纺丝液原液；将所述外壳纺丝液原液和内核纺丝液原液进行同轴静电纺丝，得碳纤维前驱体；将所述碳纤维前驱体置于硅酸四乙酯溶液中浸泡，得包覆碳纤维前驱体；将所述包覆碳纤维前驱体依次进行预氧化处理和高温碳化处理，得包覆中空结构碳纤维；将所述包覆中空结构碳纤维经HF溶液刻蚀，干燥，得中空碳纤维材料。本申请借助网状二氧化硅对碳纤维前驱体进行包裹，有效地解决了碳纤维前驱体在预氧化和碳化过程中容易交联的问题，增加了碳纤维的稳定性，从而最大程度地增大材料的比表面积。