本发明公开了一种纳米二氧化钛及其制备方法、染料敏化太阳能电池，该纳米二氧化钛的制备方法包括以下步骤：（1）将含有氟离子的酸性水溶液与含钛的盐混合得到混合水溶液；（2）使所述混合水溶液进行水热反应得到二氧化钛。在纳米二氧化钛的制备过程中，酸性条件抑制了含钛的盐的水解反应，且氟离子大量地取代了含钛的盐水解反应过程中与水中的钛相连的羟基，且酸性条件促进了该取代反应，使制备的纳米二氧化钛具有更多的001晶面，减少了纳米二氧化钛的晶面缺陷，有利于单层染料的吸附以及光电子的输出，从而大大提高了光阳极含有该纳米二氧化钛的染料敏化太阳能电池的光电性能。