本发明公开了一种二氧化钛纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：以钛醇盐为前驱体，无水乙醇为溶剂，冰醋酸为pH调节剂，先制备二氧化钛溶胶；再将端氨基超支化聚合物的乙醇溶液加入到二氧化钛溶胶中，得到含端氨基超支化聚合物的前驱溶液；将前驱溶液转移至水热反应釜中，在100～300℃的温度条件下水热反应1～24h；得到的溶液经多次洗涤后烘干，即可得到纯净的端氨基超支化聚合物修饰的纳米二氧化钛粉体。所制备的纳米二氧化钛为单一的锐钛矿目，在水和有机溶剂中可形成稳定的胶体溶液，其表面含有丰富的氨基基团可以有效避免纳米二氧化钛团聚和晶体的进一步增大。