本发明涉及一种二氧化钛纳米管/石墨烯复合材料的制备方法。本发明以石墨为原料，经氧化、剥离制得溶液中分散稳定的氧化石墨烯经抽滤、干燥得氧化石墨粉体，将TiO₂P25纳米颗粒、碱液、醇类有机溶剂混合搅拌，然后加入氧化石墨烯粉体分散，将得到的混合液转移至反应釜中，密闭反应后，冷却至室温，分离得到白色沉淀，洗涤、煅烧，得到TiO₂纳米管/石墨烯复合材料。本发明制得的TiO₂纳米管/石墨烯复合材料对太阳光能量的利用率高，无自身粒子的团聚、无石墨烯片层的重堆积；同时，所用原料普通易得，成本低廉，制备过程简单安全，在电极材料、光催化、太阳能裂解水、太阳能电池、环境保护等领域有潜在的应用价值。