本发明公开了一种大比表面积Ti³⁺自掺杂的锐钛矿相氧化钛光催化剂及其合成方法和应用，采用微波辅助一步法制得锐钛矿相大比表面积多孔TiO₂。这类催化剂制备方法简单、快捷、节能，在制备过程中不会产生环境污染，符合绿色合成的要求。制备的TiO₂为Ti³⁺自掺杂多孔结构，光催化反应过程中有利于光生电子与空穴的分离，最终提高此类材料的在产氢中的量子效率。此类催化剂还可以广泛应用于抗菌、光催化降解污染物、锂电池等领域。